Tutkintotehtävä, jonka Kari Juhani Helelä on jättänyt tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten Teknillisessä korkeakoulussa Vuoriteollisuusosaston teoreettisen prosessimetallurgian opintosuunnalla.
Otaniemessä v¿»á^kuun päivänä
Työn tekijä
Kari Helelä
Työn ohjaaja
vs. apul. prof
Työn valvoja
M.H. Tikkanen prof.
Kiitän työn valvojaa professori M.H. Tikkasta työn ohjauk
sesta ja saamistani neuvoista.
Työni ohjaajaa vs. apulaisprofessori Jouko Härkkiä kiitän lukuisista työtäni koskevista keskusteluista ja neuvoista.
Kiitän häntä myös innostavasta asenteesta ja kannustuk
sesta työni aikana.
Tekniikan lisensiaatti Kyösti Karjalahtea Rautaruukki Oy:
stä kiitän neuvoista, hänen innostavasta suhtautumisestaan työhöni ja työhöni liittyvien asioiden hoidosta Rautaruuk
ki Oytssä.
Kiitän Rautaruukki Oy:tä mielenkiintoisesta tutkimusai
heesta sekä saamastani taloudellisesta tuesta.
Lopuksi kiitän metallurgian laboratorion henkilökuntaa ja opiskelutovereitani miellyttävästä työympäristöstä ja yh
teistyöstä.
1. JOHDANTO 1 2. TITAANIPITOISIA MALMEJA KÄYTTÄVIÄ PYROMETALLUR
GIE IA PROSESSEJA 5
2.1. Titaanipitoista magnetiittia käyttävät
prosessit 6
2.1.1. HighveId Steel and Vanadium
Corporation Ltci. :n prosessi 9 2.1.2. New Zealand Steel Ltd.:n prosessi 11 2.2. Hematiittipitoista ilmeniittiä ja ilme-
niittiä käyttävät prosessit 17 2.2.1. Quebec Iron and Titanium
Corporationin prosessi 17 2.2.2. Osaka Titanium Company Ltd.:n
prosessi 21
2.3. Mustavaaran tilanne verrattuna muihin titaanipitoisia malmeja käyttäviin pyro-
metallurgisiin prosesseihin 23
3. ELKEM-PROSESSI 29
3.1. Elkem-prosessin edut ja vertailu suora
pa Ikis tysmenetelmiin 30
3.2. Toiminta-arvoja 32
3.2.1. Rumpu-uuni - sähköuuni 32 3.2.2. Kuilu-uuni - sähköuuni 33 3.2.3. Sulatuksessa kuluva energia 34 3.3. Mustavaaran tilanne ja Elkem-prosessi 35
4. TITAANIPITOISET KUONAT 37
4.1. Kuonien rakenne 38
4.1.1. Viskositeetti - rakenne 38 4.1.2. Sähköiset ominaisuudet - rakenne 39 4.1.3. Kuonien mineraloginen rakenne 43
4.2.2. Titaanikarbonitridit 51 4.2.3. Systeemin CaO-TiC^-SiC^-A^O^
kuonan viskositeetti 53
4.2.4. HighveId-tyyppisen kuonan visko
siteetti 60
4.2.5. Sorel-tyyppisen kuonan viskosi
teetti 62
4.2.6. Alkalien vaikutus 63
4.3. Faasitasapainot ja likviduslämpötilat 64 4.3.1. Systeemi Ca0-TiC>2-Si02 66 4.3.2. Systeemin CaO-TiC^-A^Og-SiC^
likviduslämpötilat 67
4.3.3. Systeemin TiC^-A^Og-FeO-SiC^-
CaO-MgO kuonan likviduslämpötilat 69 4.3.4. HighveId-tyyppisen kuonan faasi-
tasapaino ja likviduslämpötilat 72 4.4. Pelkistävien olosuhteiden vaikutus kuoniin
ja kuonien pelkistymiskinetiikkaa 74
4.4.1. Pelkistymisaste 77
4.4.2. Titaanidioksidin pelkistyminen
kuonasta 80
4.4.3. Optimikuona 82
4.4.4. Kuonien pelkistyessä tapahtuvia
rakennemuutoksia 83
4.5. Kuonien rikinsitomiskyky 84
4.5.1. Highveld-tyyppisen kuonan rikin
sitomiskyky 85
4.5.2. Sorel-tyyppisen kuonan rikinsito
miskyky 88
4.6. Mustavaaran kuona 88
kistyminen ja alkuaineiden jakautuminen
kuonan ja raakaraudan kesken 91
5.1.1. FeO:n pelkistyminen 92
5.1.2. Raakaraudan C-pitoisuus 94 5.1.3. SÍO2:n pelkistyminen ja Si:n ja
kautuminen kuonan ja raakaraudan
kesken 96
5.1.4. Raakaraudan rikkipitoisuus 99 5.1.5. Fosfori, kromi, vanadiini 103 5.1.6. TÍO2:n pelkistyminen ja Ti:n ja
kautuminen kuonan ja raakaraudan
kesken 105
5.1.6.1. Masuuni 105
5.1.6.2. Sähköuuni 110
5.2. Titaaniyhdisteet raakaraudassa 111 5.2.1. Titaaninitridin ja -karbidin syn
tyminen 111
5.2.2. Titaaninitridin ja -karbidin käyt
täytyminen 113
5.2.3. Titaanipitoisen malmin sulatuksen
onnistuminen 114
TITAANIPITOISEN KUONAN HYÖDYNTÄMINEN 116 6.1. Sulfaattiprosessin ja kloridiprosessin
vertailua 116
6.2. Titaanipitoisia malmeja käyttävien pyro-
metallurgisten prosessien kuonan käyttö 118 6.3. Kuonan käyttö sulfaattiprosessissa 119 6.3.1. Kuonalta vaadittavia ominaisuuksia 119 6.3.2. Titaanipitoisesta magnetiitista
syntynyt kuona sulfaattiproses
sissa 121
6.4.3. Teolliset prosessit 125 6.5. Kuonan synteesi rutiiliksi 127 6.5.1. Kuonan titaanipitoisuus on korkea 128 6.5.1.1. Rutiilin synteesi 129 6.5.1.2. Rutiilin rikastus 132 6.5.1.3. Rutiilin laatu 132 6.5.2. Kuonan titaanipitoisuus on matala 135 6.5.2.1. Kvartsilisäyksen vaikutus 135 6.5.2.2. Hapetus ja P205~lisäys 136 6.6. Mustavaaran kuonan hyödyntäminen 138
YHTEENVETO 142
KIRJALLISUUS 150
1. JOHDANTO
Mustavaaran vanadiiniprosessista saadaan 240 000 tonnia vuodessa hematiittirikkaita liuotusjätepellettejä, jotka
sisältävät titaania. Titaanipitoisuuden vuoksi pelletit eivät ole hyvä raaka-aine masuuniin, ja siksi on pyritty löytämään menetelmä niiden hyödyntämiseksi muulla tavalla.
Pellettien käyttö masuunissa aiheuttaisi myös sen, ettei pellettien sisältämää titaania voitaisi hyödyntää.
Jätepellettien Ti02-pitoisuus on n. 7 %, ja tämä on noin puolet pellettien sivukivimäärästä. Näin pelleteistä voi
daan saadan raudan poistamisen jälkeen materiaali, jonka Ti02~pitoisuus on n. 50 %, joten näiden käyttö masuunissa ei ole hyvä ratkaisu. Prosessi, joka voi hyödyntää sekä pellettien sisältämän raudan että titaanin, on ensisijai
sesti tavoiteltava, järkevä käyttötapa.
Aikaisemmin on tutkittu menetelmää, jossa pelkistetään se
lektiivisesti pellettien sisältämät rautaoksidit ja saa
dusta tuotteesta, rautasienestä, erotetaan rauta magneetti
sesti /1,2/. Tässä diplomityössä tutkitaan toista mahdol
lista pyrometallurgista tietä pellettien hyödyntämiseksi:
liuotusjätepelletit voidaan sulattaa ja sulapelkistää rau
taoksidit, jolloin titaanidioksidi ja muu sivukivi saadaan kuonaan. Sulapelkistystä voi edeltää kiinteässä tilassa tehty esipelkistys.
Koska tiedettiin, että muualla on prosesseja, joissa titaa- nipitoista malmia käsitellään sulattamalla tämä, haluttiin tietoja näistä olemassaolevista prosesseista ja titaanipi- toisista kuonista, joiden käyttäytyminen on tunnetusti hyvin ongelmallista. Titaania ja rautaa sisältäviä malmeja käsi
teltäessä tulee mielenkiintoiseksi myös, pystytäänkö rau
dan lisäksi hyödyntämään myös titaani ja millä tavalla.
Siksi haluttiin selvittää myös titaanipitoisen kuonan käyttömahdollisuuksia. Varsin tunnettu on Quebec Iron and Titanium Corporationin prosessi, ns. Sorel-prosessi, jonka kuonan korkea TiC^-pitoisuus ja sulfaattiprosessiin sopi
vat ominaisuudet ovat tehneet kuonasta halutun raaka-aineen titaanidioksidipigmentin valmistajien keskuudessa. Titaa- nipitoisten kuonien tuntemus on myös hyödyllistä pyrittäes
sä lisäämään masuuniajon sallima-', panoksen titaanipitoi- suutta. Rautamalmien köyhtyessä jouduttaneen tulevaisuu
dessa hyväksymään masuuniinkin panos, joka sisältää nykyis
tä enemmän titaania.
Työn pääosan muodostaakin kirjallisuustutkimus titaanipi- toisia malmeja käyttävistä pyrometallurgisista prosesseista, titaanipitoisista kuonista, kuonan ja metallin välisistä reaktioista ja titaanipitoisten kuonien hyödyntämisestä.
Esiteltävät asiat on pyritty valitsemaan kriittisesti Mus- tavaaran tilanteen kartoittamiseksi. Samalla on pyritty antamaan laaja kuva titaanipitoisista kuonista eri puolia valottaen tekijän oikeaksi katsomalla tavalla. On esitetty monia erilaisia käsityksiä, joita titaanipitoisen kuonan kohdalla on, korostaen kuitenkin tekijän oikeampina ja parhaimpina pitämiä ratkaisuja.
Titaanipitoisia malmeja käsittelevistä pyrometallurgisista prosesseista esitetään Highveld Vanadium and Steel Corpo
ration Ltd.:n, New Zealand Steel Ltd.:n, Quebec Iron and Titanium Corporationin ja Osaka Titanium Company Ltd.:n prosessi. Nämä prosessit ovat samalla tunnetuimmat titaani- pitoisia malmeja käyttävät pyrometallurgiset prosessit.
Prosessikuvaukset on tehty tarkasti, ja näin haluttu antaa selvä kuva myös laitteistoista ja niiden kapasiteetista.
Esittely mahdollistanee jonkinlaisen peruskäsityksen pro
sessista ja tarvittavasta laitteistosta, mikäli päädytään vastaaviin menetelmiin Mustavaaran pellettien hyödyntämi
seksi .
Seuraavaksi on esitetty Elkem-prosessi, jossa valokaari
uunissa sulatettava materiaali esilämmitetään ja/tai esi- peIkistetään rumpu- tai kuilu-uunissa. Prosessilla on
varsin huomattavia etuja verrattaessa sitä nykyisin paljon esillä oleviin rautasieniprosesseihin. Masuuniin verratta
essa tärkein etu on nyt tietenkin, että Elkem-prosessiin sopiii titaanipitoinen malmi.
Titaanipitoisista kuonista on tarkasteltu näiden rakennet
ta, viskositeettia, faasitasapainoja ja likviduslämpöti
lo ja sekä pelkistävien olosuhteiden vaikutusta ja pelkis- tymiskinetiikkaa. Tarkastelu on varsin laaja verrattuna kirjallisuudesta löytyviin laajimpiinkin yhteenvetoihin
ja tutkimuksiin. Ilmiöitä tarkastellaan tässä usein hyvin
kin matalasta kuonan titaanipitoisuudesta aina korkeisiin asti. On myös tutkittu sulan raakaraudan ja titaanipitoi
sen kuonan välisiä reaktioita, ja esitetään kuonan kompo
nenttien pelkistyminen ja alkuaineiden jakautuminen kuo
nan ja raakaraudan kesken. Tässä yhteydessä ovat mukana myös titaaniyhdisteet, titaaninitridi ja -karbidi, jotka ovat titaanipitoisten kuonien ongelmien aiheuttajia.
Titaanipitoisten kuonien hyödyntämistä on tutkittu molem
missa mahdollisissa jalostusmenetelmissä, sekä sulfaatti- että kloridiprosessissa. Lisäksi tarkastellaan mahdolli
suuksia kuonan laadun parantamiseksi, jolloin siitä voi
daan saada jopa korvike rutiilille, titaanimineraalille, jonka Ti02—pitoisuus on n. 95 %. Kuonan käyttö sulfaatti- prosessissa on hyvin edullista, koska kuonan rautapitoisuus
on alhainen. Näin voidaan välttää ferrosulfaattijäteongel
mat melkein kokonaan. Kloridiprosessiin sopii kuona, jonka titaanipitoisuus on korkea. Tällöin voidaan välttää ferro sulfaatti- ja happojäteongelmat. Kloridiprosessissa on kuitenkin myös ongelmansa, esim. laitteistojen korroosio.
Diplomityön ohessa on tehty myös kokeita, jotka on rapor
toitu työn teettäjälle tämän tutkintotehtävän ulkopuolella.
Kokeet olivat eräänlaisia esikokeita myöhemmin mahdol
liselle tarkemmalle tutkimukselle. Näissä sulatettiin esi pelkistettyjä Mustavaaran liuotusjätepellettejä. Käytet
tiin matalaa, keskinkertaista ja korkeaa esipelkistysas- tetta. Haluttiin selvittää syntyvän kuonan likviduslämpö
tila kuonan eri FeO—pitoisuuksilla, mikä kertoisi sula pelkistyksen kuonatien likviduslämpötilat. Lisäksi halut
tiin tietää, millaisia syntyvä metalli ja kuona ovat.
Haluttiin myös tutkia likviduslämpötilaa ja sulatuksessa syntyvää kuonaa ja metallia, kun pellettimurskeeseen lisä
tään Otanmäen ilmeniittirikastetta. Kokeissa käytettiin panosta, jossa oli 50 % pellettimursketta ja 50 % ilme
ni! ttirikas tetta.
2. TITAANIPITOISIA MALMEJA KÄYTTÄVIÄ PYROMETAL- LURGISIA PROSESSEJA
Maailmassa on hyvin paljon malmeja, jotka sisältävät ti
taania ja rautaa. Titaanipitoisia rautamalmeja, joissa on titaanidioksidia 3 ... 25 %, vastaa englannissa sanat titani- ferous ores /3/. Usein näissä ilmeniitti on sitoutunut
magnetiittiin. Näissä titaanipitoisissa magnetiiteissa (titanomagnetite) TiC>2 voi olla nähmeänä liuoksena FegO^:
ssä, jolloin Ti-atorni on Fe-atomin paikalla magnetiitin hilassa. Tällöin mekaaninen erotus on mahdotonta, ja ero
tukseen tarvitaan kemiallinen prosessi. On myös malmeja, jotka muodostuvat hematiitin ja ilmeniitin seoksesta
(hematoilmenite). Ilmeniitin teoreettinen Ti02-pitoisuus on 52,66 %, mutta käytännössä pitoisuus vaihtelee ja on 33... 67 % /4/. Teoreettista pitoisuutta alhaisemmat arvot johtuvat muiden alkuaineiden ja mineraalien mukanaolosta.
Korkeammat pitoisuudet voivat johtua ilmeniittirakenteen hajoamisesta ja sitä seuranneesta raudan osittaisesta ha
pettumisesta ja liukenemisesta. Ilmeniittirakeissa on täl
löin submikroskooppisia rutiilisulkeutumia.
Edellä esitettyjen malmien hyödyntäminen, ilmeniittiä lu
kuunottamatta, on aina näihin päiviin asti ollut melko vä
häistä niiden sulatuksessa syntyvien vaikeuksien vuoksi, koska titaanipitoisten kuonien tuntemus on ollut hyvin puutteellista. Titaanipitoisen malmin pelkistykseen tar
vitaan raakarautatonnia kohden enemmän polttoainetta kuin rikkaamman rautamalmin pelkistykseen. Taloudellisuus para
nee, jos syntyvä titaanipitoinen kuona pystytään käyttä
mään titaaniteollisuuden prosesseissa. Usein titaanipitoi
sissa malmeissa on mukana myös vanadiinia, jonka talteen- saaminen voi edelleen lisätä prosessin kannattavuutta.
Erikoisten titaanipitoisten rautalaatujenkin valmistaminen on mahdollista.
Seuraavassa käsitellään tärkeimmät pyrometallurgiset pro
sessit, jotka käyttävät raaka-aineenaan titaanipitoista magnetiittia ja hematiittipitoista ilmeniittiä tavoittee
naan erottaa rauta ja titaani sulattamalla raaka-aine ja kuonaamalla titaani. Nämä ovat Highveld Steel and Vanadium Corporation Ltd.:n, New Zealand Steel Ltd.:n ja Quebec Iron and Titanium Corporationin prosessit. Kaikki kolme menetelmää toimivat vahvalla taloudellisella ja tekni
sellä pohjalla. Yhtiöillä on laajennussuunnitelmia tule
vaisuuden varalle perustuen juuri näihin prosesseihin. Li
säksi tarkastellaan Osaka Titanium Company Ltd.:n prosessia, jossa raaka-aineena käytetään ilmeniittiä. Prosessin eri
koisuutena on tuottaa kuonaa, jonka TiC^-pitoisuus on hyvin korkea. Esiteltävien prosessien lisäksi on olemassa muita
kin vastaavia prosesseja Japanissa ja Neuvostoliitossa.
2.1. Titaanipitoista magnetiittia käyttävät prosessit Seuraavasta kahdesta esiteltävästä prosessista ensimmäinen perustuu yhdistelmälle esipelkistys rumpu-uunissa-sähköuu- nisulatus-LD-konvertteri. Rumpu-uuniesipelkistys on hyväk- sikoettu ja hallittu menetelmä. Esipelkistys säästää säh- köuunisulatuksessa tarvittavaa energiaa. Toinen prosessi perustuu yhdistelmälle SL/RN-suorapelkistys-sähköuunisula-
tus. Prosessin etuja ovat rautasienenvalmistuksen ja säh- köuunisulatuksen riippumattomuus toisistaan sekä pienem
mät pääoma- ja käyttökustannukset kuin edellisessä. Sähkö
uuni on myös joustavampi kuin LD-konvertteri. Rumpu-uunin
tuote on yleensä homogeenista. Tämän tuotanto on kuitenkin alhainen, mikä johtuu lämmön- ja aineensiirron kulusta.
2.1.1. Highveld Steel and Vanadium Corporation Ltd.:n prosessi
Prosessi on yhtiön kehittämä, ja se on ollut tuotantoajos
sa vuodesta 1969 . Yhtiön vanadiini- ja titaanipitoinen malmi vastasi vuonna 1972 noin 40 % läntisen maailman va
nadiinin raaka-aineen tarpeesta vanadiinipitoisen kuonan muodossa /5/.
Käytettävän malmin analyysi on seuraava /6/:
Fe 55 57 % S 0,02...0,03 %
Ti02 12 15 % P 0,05 % maks.
V2°5 1,4 ... 1,9 % CaO 0,01 % maks.
Cr2°3 0,15 ... 0,3 % MgO 0,4 . . .1,0 %
Cu 0,02 ... 0,03 % Si02 1,0 ...1,8 % Ni 0,03 ... 0,07 % ai203 2,5 .. .3,5 % Malmi, hiili, dolomiitti ja kvartsi muodostavat panoksen.
Murskattu malmi on seulottu hienouteen -50,8 mm + 3,18 mm ja hiili -38,1 mm + 3,18 mm. Rumpu-uunin syöte sisältää n. 3 % hienoa ainesta. Tuote voi sisältää 12... 15 % aines
ta -3,18 mm. Yli 30 % hienosta aineksesta on hiiltä /7/.
Dolomiitti on fluksina, ja kvartsia lisätään pieniä määriä kuonan kontroloimiseksi. Raaka-aineiden määrät ovat suh
teellisesti seuraavat: malmia 1000 kg, hiiltä 440 kg, dolo
miittia 220 kg ja kvartsia 32 kg /8/. Näillä määrillä saa
daan kuonan ja metallin määrien suhteeksi 0,78/1, kuonan emäksisyydeksi 1,7 ja TiC^-pitoisuudeksi 31 %. Malmi voi-
daan käyttää palamalmina, koska sillä ei ole taipumusta hajaantua uunissa. Hiili, jota käytetään, sisältää run
saasti haihtuvia komponentteja. Sen analyysi on seuraava /9/:
haihtuvia komponentteja C,.fix.
tuhkaa S
Hiilen kosteus on 2 % ja lämpösisältö 28,5 MJ/kg (6800 kcal/kg).
Panos syötetään esipelkistysrumpu-uuniin (kuva 1), jossa se kuumennetaan lämpötilaan 1000...1050°C /5,3/. Rumpu- uunia lämmitetään pulverimaisella hiilellä myötävirtape- riaatteella. Vaikka terminen hyötysuhde on alhaisempi kuin vastavirtaperiaattee11a toimivassa uunissa, niin näin saa
vutetaan korkeampi kaasun keskimääräinen lämpötila. Tämä mahdollistaa rumpu-uunin lyhentämisen. Lämpötilaprofiilin säätö tapahtuu puhaltamalla ilmaa putkista, joita on koko rummun pituudella määrävälein. Ilma kuluu hiilen haihtuvien komponenttien osittaiseen polttamiseen. Rumpu-uunit ovat Lurgin valmistamia. Niiden pituus on 60 m ja halkaisija 4 m.
Uuni muodostaa 3,5°:en kulman vaakatason kanssa. Uunin ka
pasiteetti on 250 000 t vuodessa. Poistuessaan rumpu-uunis
ta hiili on menettänyt haihtuvat komponenttinsa, dolomiit
ti on kalsinoitunut ja rautaoksidi pelkistynyt n. 35 % /8/.
Alhainen pelkistysaste takaa Ti02: n ja V20^:n poiston on
nistumisen esipelkistystä seuraavassa sulapelkistyksessä.
Samalla katoaa sintraantumisvaara.
Kuuma esipelkistetty panos siirretään valokaariuuniin.
Uunit ovat 30 MVA:n Elkem-uuneja /8/. Uunin halkaisija on 32,0 %
55,0 % 12,0 %
1,0 %
n. 14 m, ja uunissa on kaksi kaatoaukkoa. Elektrodit, joita on kolme, ovat Söderberg-elektrodeja, ja niiden hal
kaisija on n. 1,6 m. Ne voidaan laskea alas panokseen.
Kaato tapahtuu neljän tunnin välein, ja silloin saadaan 60 t vanadiinipitoista raakarautaa ja 45 t Ti02~pitoista kuonaa /6/. Pelkistimenä uunissa toimii panoksen mukana syötetty hiili. Sulatuksessa syntyvät lämpimät kaasut puhdistetaan, ja käytetään tehtaalla lämmitykseen. Vana- diinipitoisen raakaraudan ja kuonan analyysit ovat seuraa- vat /5/;
V- pitoinen raakarauta Kuona
c 3,50 % Ti°2 30 %
V 1,28 % CaO 18 %
Si 0,25 % MgO 17 %
Ti 0,16 % Si02 19 %
s 0,065 % Äl2°3. 13 %
p 0,075 %
Edelläkuvattu esipelkistys rumpu-uunissa ja sähköuunisula
tus sulapeIkistyksineen muodostavat Elkem-prosessin.
Vanadiinipitoinen raakarauta viedään nyt terästehtaalle mikseriin. Alkuaikoina oli hankaluuksia, koska mikserissä erkautui titaanikomplekseja, joilla on korkea sulamispiste.
Tällöin raakarauta siirrettiin sähköuunista suoraan seu—
raavaan vaiheeseen, kieputussenkkaan. A12C>3 :11a vuorattu 60 t:n kieputussenkka on alustalla, joka saa aikaan epä—
keskisen oskilioivan liikkeen vaakatasossa. Senkan päälle lasketaan huuva. Vesijäähdytteinen lanssi lasketaan n. 80 cm metallikylpyyn, ja puhalletaan happea. Panoksen painos
ta ja analyysistä saadaan selville puhallettava nappimäärä, joka kuonaa vanadiinin. Puhalluksen aikana sekoitetaan
Cool ■ Dolomite Silica J
cp-imien! fani reduction lilin
Vonclium boorina hol rifial
Iron SCI
ZriUsruüinkinqjsgi»
Continuous costina mochines 1- 4 sirena bittet
2- 2 Strond block
Un<vårsol ord Section МШ
Finished products for despatch Uoiversoi Beom edqer Combination
ГРооГуг»^ hr.ishir.q mill
2-RehtQl furnace Breakdown Su
Kuva 1. Highveld-prosessi /5/.
lisäaineet senkkaan. Puhallettaessa lämpötila pidetään alle 1400 °C:n romu- ja maImilisäyksillä /5/. Puhallettu metal
li sisältää n. 3,2 % C ja 0,09 % V. Metallin pinnalla on kuonakerros, jossa on n. 25 % . Kuonasta poistetaan sen jäähdyttyä ennen jatkokäsittelyä karkeat metallier- kautumat /8/.
Osittain puhallettu metalli panostetaan LD-konvertteriin teräksen valmistamiseksi. Puhalluksessa käytetään erikois
tekniikkaa. Metallihan sisälsi esim. runsaasti rikkiä.
Happi puhalletaan 3-reikäisellä vesijäähdytteisellä lans- silla. Tämän jälkeen teräs valetaan jatkuvavalukoneilla.
Laitoksessa on tällä hetkellä 6 rumpu-uunia, kun niitä
aluksi oli vain 4. Ainakin yksi rumpu-uuneista toimii sekä myötä- että vastavirtaperiaatteella, mikä lisää uunin joustavuutta. Sähköuuneja oli aluksi 4 kappaletta. Nykyi
nen pelkistyslaitoksen kapasiteetti on 1 milj. t vuodessa.
Vuoteen 1980 mennessä on tavoitteena lisätä sitä 300 000 t vuodessa /10/.
2.1.2. New Zealand Steel Ltd.:n prosessi
New Zealand Steel Ltd.:n suorapelkistyslaitos ja terästeh
das aloittivat toimintansa vuonna 1970. Raaka-aineena on titaanipitoinen magnetiitti, jota on vapaana rantahiekassa kvartsihiekan joukossa. Molemmilla on suunnilleen sama
raekoko. Titaanipitoista magnetiittia on arvioitu Uuden- Seelannin rantahiekassa olevan yli 1000 miljoonaa tonnia ja melko lähellä terästehdasta olevalla alueella n. 150 miljoonaa tonnia /11/. Teräksenvalmistus on järjestetty SL/RN-suorapelkistys ja valokaariuuni-yhdistelmälle.
Rantahiekka pestään, ja sille suoritetaan magneettinen ero
tus, jolloin tämän primäärisen rikasteen Fe-pitoisuudeksi saadaan 52...55 % /12/. Rikaste pumpataan suljettuun jauha- tuspiiriin, jossa on kuulamyllyt rinnakkain ja sykloneja.
Ylite menee toiseen magneettiseen erotukseen. Täältä rikas
te kuljetetaan sakeuttimen kautta rumpusuodattimeen. Jau
hatus 10 mikronia hienommaksi riittää, jolloin saavutetaan rikasteen rautapitoisuudeksi 60... 62 %. Mikäli jauhatusta
jatkettaisiin, saataisiin vahvempia pellettejä. Jauhatus- asteen määräävät pääomainvestoinnit, energiankulutus ja optimi raekoko peHetteihin. Suodattimen jälkeen rikasteen kosteus on 8__ 9 %. Lopullisen rikasteen analyysi on seu- raava /9/:
Fe en o o %
Ti02 9,0 %
P 0,05 %
S o o CO
%
Si°2 1,5 %
a12°3 5,0 %
CaO + MgO 2,5 %
Rikasteen fosfori- ja rikkipitoisuus ovat sopivia, mutta korkean TiC^-pitoisuuden vuoksi rikaste vaatii erikoiskä
sittelyn.
Pelkistimenä käytetään ruskohiiltä, jossa on paljon haih
tuvia komponentteja. Hiilen analyysi on seuraava /9/:
haihtuvia komponentteja fix
tuhkaa S
Hiilen kosteus on 24 %, mutta se kuivataan putkikuivaajas
sa, jota kuumennetaan höyryllä, alle 10 %:n. Sen lämpösi- sältö on 27,2 MJ/kg (6500 kcal/kg). Tuhkan pehmenemisläm- pötila on 1100...1170 °C, ja pelkistys1ämpötilan on pysyttä
vä tämän alapuolella. Polttoaine on hyvin reaktiivista.
Pelkistys tapahtuu kiertohiilellä, injektoitavalla hiilel
lä, josta haihtuvat komponentit poistuvat, hiilipitoisilla kaasuilla ja vedyllä. Kaasut ovat hiilen haihtuvia kompo
nentteja. Prosessin kulku on esitetty kuvassa 2.
Hieno rikaste haittaa materiaalivirtaa uunissa, minkä vuok
si rikaste pelletoidaan. Pellettien on oltava riittävän lujia, mikä saavutetaan lisäämällä rikasteeseen n. 2 % ben- toniittia ja kuumentamalla. Pelletointi tehdään pelletoin-
45,0 % 50,0 % 4,0 % 0,5 %
tilautasella, minkä jälkeen pelletit seulotaan rumpuseu- lalla. Vain 10 ... 20 mm:n pelletit kelpaavat, jotta uunissa syntyisi mahdollisimman vähän hienoa ainesta. Kiertohiili syötetään pellettien mukana rumpu-uuniin. Samanaikaisesti injektoidaan kuivattua ruskohiiltä rumpu-uunin poistopääs- tä kahdella puhaltajalla. Sopiva lämpötilaprofiili saadaan injektoimalla ilmaa uuniin puhallusputkista. Ilmamäärää kontrolloidaan jatkuvasti.
Rumpu-uuni on 75 m pitkä, ja sen halkaisija on 4 m. Uuni muodostaa 3°:en kulman vaakatason kanssa. Panos viipyy uu
nissa 4,5...5 h, minkä jälkeen se siirtyy jäähdytysrumpuun, jonka pituus on 40 m ja halkaisija 3,6 m /11/. Uunin kier- rosnopeus on 3/10...9/10 kierrosta minuutissa. Poistokaasu
ja syntyy 80 000 m3/h, ja niiden lämpötila on 900...1000 °C.
Poistokaasuissa on melko paljon mukana kiinteää ainesta.
Niiden analyysi on: 15... 20 % CC^ / 75 % N2 # 4... 10 % CO /12/. Kaasuissa suspensoituneena olevan kiinteän aineksen analyysiä ei kirjallisuudesta ole löytynyt.
Rumpu-uunista poistuvat kiinteät tuotteet ovat rautasieni, palamaton hiili, j äännös tuhka ja kalkki, jos sitä on lisät
ty. Magneettisella erotuksella poistetaan epämagneettinen aines. Magneettinen sieni seulotaan fraktioihin -1 mm ja +1 mm, koska erikokoisten pellettien pitoisuus on erilainen.
10 mm suurempien pellettien analyysi on seuraava /12/:
Fe kok.
Femet.
C S
76 ... 78 % 71 ... 75 %
0,20... 0,25 % 0,01... 0,09 %
Rikkiä ja fosforia on yleensä alle 0,02 %. 1 mm pienempien pellettien analyysi on seuraava /12/:
Fe. ,
kok. 60 ... 63 %
Fe 50 ... 60 %
met.
C 2,0__ 3,5 %
S 0,16. . . 0,3 %
I ming~añj blend]
r=L
¿-.MINERAL ORLSiSSbcn-a plant .1
t--- 1——i prime
lpnm~sepl [prim sçgK concentrate
—fup*jr*a ®
" tailings _________ disposal
ßr^J La^S
fsec-scp] secscpj-
15^3 t¿3
[road transport]
[stock
Г"
Kuva 2. New Zealand Steel Ltd.:n prosessin kulku /11/.
Seulonnalla saavutetaan kontrolloidumpi sähköuunisulatus.
Hiili, jonka raekoko on 1 mm suurempi, palaa kiertoon hie
nomman materiaalin joutuessa jätteeksi. Sienen keskimää
räinen koostumus sen tullessa terästehtaalle on /12/:
Femet.
C S P
75 ... 76 % 0,2 ... 4,0 % 0,2 % maks.
0,2 % maks.
Sienen painosta on 18...20 % kuonaa muodostavaa sivukiveä, minkä vuoksi kuonamäärä tulee suureksi. Mekanisoituminen on alhainen, koska Ti02 ei saa pelkistyä.
Sieni panostetaan sähköuuniin siten, että ensin syötetään sientä ja kalkkia, joiden päälle tulee romua. Nämä sulate
taan, minkä jälkeen panostetaan lisää sientä. Kun alkupe
räinen panos on sulanut, on uunin toiminta hyvin pehmeää.
Koska kuonamäärä on suuri, on kehitetty jatkuva kuonan- poistotekniikka, joka vähentää myös energiankulutusta. Pa
noksessa on käytetty 40 % romua ja pellettejä niin paljon, että niistä tulee 60 % rautaa joka kuumennokseen. Sulatuk
sessa syötetään pellettejä jatkuvasti siten, että ne sula
vat nopeasti panoksessa. Panostus tehdään elektrodien ja vuorauksen väliin. Aika panostuksesta kaatoon on ollut 3 h, mutta se lyhenee lisättäessä pellettien osuutta panoksessa.
Sieni sulatetaan kahdessa uunissa, joiden kapasiteetit ovat 40 t ja halkaisijat lähes 5 m. Tehon syöttö yhdelle uunil
le on 22,5 MVA. Tehosuhde 560 kVA/t perustui oletukseen, että sienen sulattaminen vaatii 900 kWh/t /11/.
Kuonaa syntyy n. 160 kg tonnia terästä kohden, ja se sisäl
tää TiC>2 : ta n. 30 % /12/. Valmistetut teräslaadut ovat niukkahiilisiä, ja niiden hiilipitoisuus on alle 0,25 %
suurimman osan sisältäessä 0,10...0,15 % C /11/.
Edellä kuvatun kaltaisena prosessi toimi maaliskuusta 1970 kesään 1972, jolloin menetelmää uudistettiin. Vaikeuksia olivat aiheuttaneet raaka-aineet; pelkistimen reaktiivi
suus, pellettien laadun vaihtelu ja kosteusongelmat. Suu
rimmat vaikeudet olivat yhteenkasvautumien muodostuminen, paikallinen ylikuumeneminen, kaasuissa suspenso!tuneena olevan kiinteän suuri määrä, metailisoitumisasteen epä- stabilisuus, ilman puhallusputkien kuluminen ym. /9/.
Uudessa prosessissa käytetään rikaste ja hiili suoraan hienossa muodossaan. Rikaste on 90 %-0,149 mm + 0,074 mm /13/. Se sisältää 58,0 % Fe ja 8,0 % TiC>2. Mukana on myös 0,6 % V /14/. Pelkistimenä käytetään edelleen reaktiivista ruskohiiltä, jonka tuhka- ja rikkipitoisuus ovat matalia.
Rumpu-uuni on sama kuin vanhassa prosessissa, ja siihen
syötetään luokitettu hiekkarikaste, ruskohiili ja kiertohii- li. Uusi menetelmä on esitetty kuvassa 3.
T1O7 -heilige Schlotte ouf Halde keine Weiterwnivendung
Kuva 3. New Zealand Steel Ltd.:n nykyi nen menetelmä /14/.
Ruskohiiltä ei enää injektoida, eikä käytetä muitakaan lisäpolttoaineita. Lämmitys tapahtuu puhaltamalla ilmaa poltinputkien läpi. Uunin poistopäästä saadaan sieni ja kiertohiili, jotka erotetaan toisistaan magneettierottimil- la. Metallisoitumisaste on välillä 80... 90 % ja tuotteen hiilipitoisuus on n. 0,6 %. Raudan saanti on n. 85 % /13/.
Sienen rautapitoisuus on n. 75 %. Hienorakeinen sieni syötetään ilman jatkokäsittelyä valokaariuuniin, jonka pa
nos sisältää 70 % sientä ja 30 % romua /14/.
Uudella menetelmällä on saavutettu esim. seuraavia etuja : Uuniin ei synny yhteenkasvautumia. Poltinputket säilyvät hyvin kunnossa. Jätekaasujen kontrollilaitteisto toimii hyvin /13/.
New Zealand Steel Ltd.: n rautasienen tuotanto oli vuoden 1977 alussa 120 000 t vuodessa. Vuoteen 1980 mennessä ra
kennetaan uusi SL/RN-vksikkö,jonka tuotanto on 200 000 t rautasientä vuodessa /10/.
2.2. Hematiittipitoista ilmeniittiä ja ilmeniittiä käyttävät prosessit
2.2.1. Quebec Iron and Titanium Corporationin prosessi Quebec Iron and Titanium Corporation kehitti prosessinsa 1940-luvun lopussa Allard Lake-alueen hematiittipitoisen ilmeniitin hyödyntämiseksi. Sulattamo sijaitsee Sorelissa.
Malmin analyysi on seuraava /15/:
Ti02 34,3 % Cr2°3 0,10 %
FeO 27,5 % V2°5 0,27 %
Fe203 25,2 % MnO 0,16 %
Si02 4,3 % S 0,30 %
AI2O3 3,5 % Na20+K20 0,35 %
CaO 0,9 % p2°5 0,015 %
MgO 3,1 %
Materiaali ei sovi masuuniin, ja ilmeniitin käsittely ti
taanidioksidiksi sulfaattimenetelmällä olisi hematiitin mukanaolon vuoksi lisännyt haponkulutusta, ja samalla oli
si muodostunut rautasulfaattia kohtuuttomasti. Malmin rik
kipitoisuus on myös huomattavan korkea.
Malmi murskataan hienouteen 100 % - 9,5 mm /16/. Hieno aines erotetaan karkeasta, ja molemmista poistetaan sivu- kivi. Karkeaa fraktiota käsitellään raskaan väliaineen avulla ja hienoa fraktiota Humphreys-kierukoilla. Fraktiot yhdistetään, ja rikaste pasutetaan rumpu-uunissa, jota su
latusuunin poistokaasut lämmittävät (kuva 4). Kalsinoitu malmi sekoitetaan pelkistimenä toimivan antrasiitin kanssa Antrasiittia, joka on kuivattu, käytetään seitsemäsosa mal min määrästä /15/. Sen tuhkapitoisuuden on oltava alhainen jotta kuonaan ei tulisi epäpuhtauksia. Seos syötetään jat
kuvasti toimivaan emäksisesti vuorattuun valokaariuuniin, joka on Tysland-Hole-tyyppinen sähkömatalakuilu-uuni ja jossa on 6 grafiittielektrodiä. Seos panostetaan jatkuva
na virtana elektrodien ja uunin vuorauksen väliin, jolloin se suojaa vuorausta kuonalta. Uunissa, jonka atmosfääristä on hiilimonoksidia 80 %, on pieni ylipaine /17/.
Valokaari kuumentaa panoksen lämpötilaan 1650 °C, jolloin pelkistyminen tapahtuu nopeasti. Hiiltä on panoksessa sel
lainen määrä, että osa rautaoksidista jää pelkistymättä.
Rautaoksidipitoisuus alentaa kuonan sulamispistettä. Ilman rautaoksidia kuona olisi niin viskoosia, että sitä olisi mahdotonta käsitellä. Pelkistymisen pysäyttäminen tässä vaiheessa pitää myös titaanin kuonassa.
Yhteen valokaariuuniin syötetään panosta 450 t päivässä, ja siitä syntyy 190 t kuonaa ja 140 t raakarautaa. Kuonan- kaato tehdään 1,5...2 tunnin välein 20 t:n erissä ja raudan- kaato 45 t:n erissä, ja tämä korvaa joka neljännen kuonan- kaadon /15/. Uunissa rautakerros on n. 30 cm ja kuonaker- ros n. 90 cm /18/.
FLOWSHEET OF MATERIALS AT SOREL PLANT
ORE STORAGE v CARBON STOCKPILE
TOWER UNLOAOER
CONVEYOR TRIPPER TRIPPER
WHARF CONVEYOR
ORE SHIP
CRUSHERS
CARBON
HOPPER BIN BIN
DRYERS TAP-SLAG
OR IRON 1 ELECTRIC ARC1--- J SMELTING FURNACE
BRIDGE CRANE (n)
COVERED SLAG STORAGE SLAG
CRUSHING SLAG CASTING MACHINES
mÈé
TO CUSTOMER BY R.R.CAR,TRUCK OR
SHIP 60-TON <
ELECTRIC ARC L--- REFINING FURNACE
INGOTS
Kuva 4. Quebec Iron and Titanium Corporationin prosessi /17/.
Prosessissa syntyvä kuona, Sorel-kuona, sopii Ti02-pig- mentin valmistukseen sulfaattiprosessilla. Kuonan analyysi on seuraava /15/:
Ti02 70 ... 72 % FeO 12,0 ... 15,0
^emet. 1,5 % maks.
SiC>2 3,5 ... 5,0 Äl2°3 4,0 ... 6,0 CaO 1,2 % maks.
MgO 4,5 ... 5,5
Cr2°3 0,25 % maks.
V205 0,5 ... 0,6 % MnO 0,2 -- 0,3 % C 0,03 ... 0,10 % S 0,03 ... 0,10 % P205 0,025 % maks.
Ti203 10,0 ...15,0 % muutettuna Ti02:ksi
Koska valokaariuunissa ei käytetä CaO:ta fluksina, on rau
dan rikkipitoisuus ollut hyvin korkea, jopa 0,61 % /17/.
Rikki on poistettu 60-tonnin valokaariuunissa CaO:lla ja muilla flukseilla ^-atmosfäärissä puhaltamalla typpeä su
laan, mikä takaa tehokkaan sekoituksenKalkki puhalletaan typen mukana. Myöhemmin rikinpoisto on tehty senkassa kal- siumkarbidilla. Raudan rikkipitoisuus on ollut tällöin kaa
dossa n. 0,11 % /16/.
Rautaan lisätään halutut lisäaineet sen ollessa senkassa.
Se tunnetaan nimellä Sorel-metalli, joka on erikoisen puh
dasta rautaa. Se sopii hyvin esim. romunsulatukseen lai
mentamaan romun epäpuhtauksia ja seostettujen valurautojen raaka-aineeksi. Rauta valetaan joko muotteihin, tai se granuloidaan. Kaluttu C-pitoisuus rautaan saadaan sopival
la hiililisäyksellä. Seuraavassa on kahden Sorel-metallin analyysit /19/:
Sorel-metalli D-l Sorel-metalli F-l
Mn C P S Si
2,40 % 0,025 % 0,025 % 0,08 % 0,009 %
4,25 % 0,015 % 0,025 % 0,08 % 0,009 %
Molemmissa metalleissa on lisäksi Cr 0,035 %, Cu 0,025 %, Ni 0,085 %, Ti 0,020 %, V 0,025 %, Со 0,040 %, Al 0,015 %, Mo 0,001 %, W 0,001 %, Sn 0,001 %.
Vuonna 1969 tuotettiin kuonaa 669 000 t. Tuotanto on kas
vanut melkein vuosittain /20/. Sorel-prosessin edullisuus perustuu seuraaviin seikkoihin /15/: Malmi on halpaa, ja sitä on hyvin paljon. Vesivoimalla on tuotettu halpaa säh
köä. Prosessin molemmat tuotteet, metalli ja kuona, voidaan
myydä. \
2.2.2. Osaka Titanium Company Ltd.:n prosessi
Osaka Titanium Company Ltd.:n prosessi on ollut tuotanto- ajossa vuodesta 1954. Prosessissa valmistetaan titaanisientä Kroll-prosessilla käyttäen raaka-aineena titaanipitoista kuonaa. Käytetyn kuonan Ti02~pitoisuus on hyvin korkea, min
kä vuoksi on käytettävä erikoista ajotekniikkaa kuonan val
mistuksessa. Raaka-aineena on ilmeniitti, jonka TiC^-pitoi- suus on n. 55 %. Rikaste sulatetaan ja pelkistetään valo
kaariuunissa. Uuniin panostettavan ilmeniitin ja koksin suhde on 6,5/1. Pelkistys viedään hyvin pitkälle, jolloin syntyvän kuonan analyysi on seuraava /21/:
Titot. 58,70 % CaO 0,03 %
Ti02 58,57 % MgO 1,50 %
Tl2°3 35,30 % MnO 0,50 %
Fetot. 1,70 % V2°5 0,15 %
FeO 2,19 % P2°5 0,04 %
Si02 1,00 % C 0,20 %
A12°3 0,50 % S 0,02 %
Titaanin saanti kuonaan on n. 93 %. Kuonan sulamispiste on n. 1700 °C /22/.
Valokaariuunissa käytetään erikoista vuoraustekniikkaa.
Kuonasta, piestä ja koksista valmistettuja sintrattuja bri- kettejä murskataan, ja tampataan murske grafiittivuorauk
seen sopivan paksuksi kerrokseksi. Panostetaan uuni, ja pelkistetään kuona. Tällöin muodostuu vuoraus kuonan ja tampatun materiaalin reagoidessa toistensa kanssa. Näin voidaan korjata myös kuluneita kohtia vuorauksessa.
Pelkistyksen edetessä ja kuonan Ti02~pitoisuuden noustessa kuonan viskositeetin kasvu aiheuttaa kaatovaikeuksia. Siksi kaadon yhteydessä puhalletaan happea teräslanssi11a viskoo- seihin kohtiin. Puhalluksesta aiheutuva hapettuminen nos
taa lämpötilaa Ti2Og:n hapettuessa TiC>2 :ksi. Kuonan rauta- pitoisuus pysyy samana.
On huomattu, että pelkkä panoksen sulatus voi viedä pelkis
tyksen niin pitkälle, että syntyy kuona, jonka Ti02~pitoi- suus on yli 90 %. Panos on siis vain kyettävä sulattamaan nopeasti korkealla virtahyötysuhteella.
Prosessilla tuotettu kuona on rutiilin veroista. Prosessin seuraavissa vaiheissa voidaankin käyttää kuonaa tai rutii- lia aina sen mukaan, kumpi on hinnaltaan edullisempaa. Myös näiden seoksia voidaan käyttää.
2.3. Mustavaaran tilanne verrattuna muihin titaani- pitoisia malmeja käyttäviin pyrometallurgisiin
• prosesseihin
Mustavaaran vanadiiniprosessin liuotusjätepellettien tule
vaisuuden analyysi on Rautaruukki Oy:n vanadiiniasiäntun
ti joiden mukaan seuraava:
Fe 60,5 + 0,5%
T102 7,34 + 0,50 % MnO 0,25 + 0,026 %
S 0,04 + 0,01 % V205 0,143+ 0,036 % Si02 2,5 + 0,2 % CaO 1,2 + 0,2 %
Materiaalin Fe2+/Fe3+ -suhde voidaan laskea siten, että oletetaan raudan olevan kolmiarvoisena paitsi se osa, joka saadaan olettaen titaanin liuenneen kokonaan Fe203:een /1/.
Li ue te s s aan Ti‘t+ muuttaa ekvivalentin määrän Fe3 + :a Fe : ksi. Kun Fe on 60,5 %, saadaan rautaoksidien määräksi seu
raava:
Fe304 21,3 % Fe203 64,6 %
Pelleteistä syntyvän kuonan koostumuksen laskemiseksi on tehty seuraavat yksinkertaistukset : Muut komponentit paitsi rauta kuonaantuvat kokonaan. Kuonaan jää 2 % FeO: ta. Käy
tännön prosessissa FeO: n ajaminen näin alas ilman fluksi- lisäyksiä lienee kuitenkin melko vaikeaa Ti02:n peIkisty- mistuotteiden, titaanikarbidin ja -nitridin, synnyn vuoksi.
Na20 pelkistyy pitkälle, ja Na höyrystyy siten, että Na20- MgO 0,6 + 0,1 %
AI2O3 1,3 + 0,1 % K 0,03 %
Ni 0,03 % Zn 0,007 % Cu 0,011 %
Na20 1,21 + 0,27 %
tappiot ovat 50 %. Na20-tappiot ovat olleet tätä luokkaa kirjallisuudessa esitetyissä titaanipitoisten malmien
sulatuskokeissa. Lisäksi koostumusta laskettaessa on jä
tetty komponentit K, Ni, Zn ja Cu huomioimatta, koska niitä on merkityksettömän vähän. Edellä esitetyin yksinkertais
tuksin kuonan analyysi on seuraava:
Ti02 51,5 % Si°2 17,5 %
FeO 2,0 % CaO 8,4 %
MnO 1,8 % MgO 4,2 %
S 0,28 % A12°3 9,1 %
V2°5 1,0 % Na20 4,2 %
Mustavaaran jätepeliettien koostumus on Fe- ja Ti02 -pitoi
suudeltaan hyvin lähellä New Zealand Steel Ltd.:n ja melko lähellä Highveld Vanadium and Steel Corporation Ltd.:n käyttämien raaka-aineiden koostumusta. Uusi-seelantilaisen prosessin käyttämän rikasteen Fe-pitoisuus on 58,0 % ja Ti02-pitoisuus 8,0 % ja Highveld-prosessin käyttämän pala- malmin Fe-pitoisuus 55 ... 57 % ja Ti02~pitoisuus 12...15 %.
Sulatettaessa raaka-aine ilman fluksilisäyksiä syntyy uusi
seelantilaisesta rikasteesta kuona, jonka (CaO + MgO)/Si02~
suhde on emäksisellä puolella, kun taas Highveldin pala- malmista syntyisi hapan kuona kuten Mustavaaran jätepeile-
teistäkin. Mustavaaran jätepelieteistä syntyvän kuonan (CaO + MgO)/Si02 -suhde lasketusta kuonan koostumuksesta on 0,72. Highveld-prosessin kuonan (CaO + MgQ)/Si02 -suhde on n. 1,8 ja New Zealand Steel Ltd.:n prosessissa, jossa valmistetaan terästä, se on todennäköisesti vieläkin kor
keampi .
Huomattakoon, että sekä Highveld-prosessin että uusi-seelan- tilaisen prosessin raaka-aineet mahdollistaisivat korkeam
man kuonan Ti02~pitoisuuden, joka nyt on molemmissa 30 %:n
luokkaa. Kuonan TiC^-pitoisuus kuitenkin laskee käytetty
jen suurien fluksimäärien vuoksi. Näin on luovuttu kor
keasta TiC>2-pi tois uudesta helpompien ajo-olosuhteiden
saavuttamiseksi. Highveld-prosessissa voitaisiin saavuttaa jopa huomattavasti korkeampi kuonan TiC>2-pitoisuus ja uusi
seelantilaisessa suurinpiirtein samaa luokkaa oleva kuin Mustavaaran jätepellettejä sulatettaessa.
Sekä Highveld-prosessi että New Zealand Steel Ltd.:n pro
sessi jättävät titaanin hyödyntämättä. Highveld-prosessissa on tavoitteena malmin sisältämän vanadiinin talteenotto
ja raakaraudan valmistus, josta puhalletaan terästä LD- konvertterissa. Vanadiinin kuonaaminen raakaraudasta pe
rustuu termodynamiikan eleganttiin hyväksikäyttöön. Uusi
seelantilainen rikaste sisältää myös vanadiinia, 0,6 %.
HighveId-tyyppinen prosessi nykyisen suorapelkistys-sähkö
uuni teräksenvalmi s tus -yhdistelmän sijasta saattaisi olla käyttökelpoinen ratkaisu. Raaka-ainevarantojen puutteelli
nen hyödyntäminen,Highveldin kohdalla titaanin ja uusi
seelantilaisen prosessin kohdalla sekä titaanin että vana
diinin, johtuu käytettävissä olevista suurista raaka-aine
varoista. Mustavaaran jätepellettien tulevaisuuden analyy
sin vanadiinipitoisuus on niin alhainen, ettei vanadiinia tarvitse hyödyntää Highveld-prosessin tapaan. Toimenpide olisi kuitenkin tehtävissä haluttaessa melko yksinkertai
sesti. Jätepellettien titaani olisi pyrittävä hyödyntämään, ja siksi prosessi olisi kyettävä ajamaan siten, että kuo
nan Ti02-pitoisuus on riittävän korkea jatkojalostuksen onnistumiseksi.
Highveld-prosessissa valmistetaan sähköuunissa raakarautaa ja New Zealand Steel Ltd.:n prosessissa terästä. Raakarau
dan tuotanto on mahdollista matalallakin esipelkistys-r-
asteella, kun taas teräksenvalmistus vaatii raaka-aineek- seen rautasienen. Pyrittäessä valmistamaan kuonaa, jonka TiC^-pitoisuus on korkea, on raakarautaprosessi yksinker
taisempi ratkaisu. Teräksenvalmistus vaatisi ainakin useam
man kuonan käyttöä, mikä vaikeuttaisi prosessia. Rautasie
nen tuotanto Mustavaaran pelleteistä ja suora teräksenval
mistus olisi vaikeaa, koska pellettien sivukivipitoisuus ja erityisesti SiC^-pitoisuus ovat korkeita.
Olennainen ero Highveld-prosessin ja uusi-seelantilaisen prosessin välillä sähköuunin tuotteen lisäksi on rumpu- uunissa tehdyssä pelkistyksessä. Edellisessä prosessissa rautaoksidin pelkistymisaste on n. 35 % ; rumpu-uuni on vain esikäsittelymenetelmä, jota seuraa sulapelkistys valokaari
uunissa. Jälkimmäisessä puolestaan rumpu-uunin tuote on rautasientä, jonka metallisoitumisaste on 80 ... 90 %. High- veld-prcsessi on jo konventionaalinen raakaraudan valmis- tustie. Vanhaan menetelmään on liitetty vain titaanipitoi
sen raaka-aineen käyttö ja vanadiinin talteenotto.
Rumpu-uuni on myös jo vanha, hyväksikoettu uuni esipelkistyk- seen ja rautasienen valmistukseen. Rumpu-uunin eduista on hyvin tärkeä mahdollisuus käyttää raaka-aineita, joiden raekokojakautuma saa olla suuri. Uunin lämpötilaa ja atmos
fääriä voidaan säätää ilman puhallusputkilla, joita on koko rummun pituudella, ja polttimilla. Rumpu-uunin toiminnan edellytyksenä on tuhkan korkea sulamispiste. Pelkistettävä materiaali ei saa sintraantua uunissa. Käytetyn pelkisti- men tulee olla reaktiivista, joskin liian reaktiivinen pel
kistin voi johtaa siihen, että poistokaasuissa on liikaa palamatonta komponenttia, mikä on epätaloudellista lämpö- talouden kannalta.
Sekä Highveld-prosessissa että New Zealand Steel Ltd.:n
prosessissa käytetään reaktiivista pelkistintä, jonka haih
tuvien komponenttien osuus on suuri. Haihtuvat komponentit pystytään hyödyntämään rumpu-uunissa. Suomen oloissa olisi pyrittävä käyttämään turvekoksia.
Käytettäessä Mustavaaran jätepellettejä ja pyrittäessä saa
maan kuonan titaanipitoisuus korkeaksi prosessi olisi kyettävä ajamaan ilman fluksia tai pienin fluksilisäyksin.
Highveld-tyyppinen prosessi, jossa pelletit esipelkiste- tään ja ajetaan suoraan sähköuuniin, jossa tehdään sula- pelkistys, olisi todennäköisesti sopivin jätepellettien hyödyntämiseksi. Saatavasta raakaraudasta voitaisiin valmis
taa suoraan terästä tai myydä se harkkorautana. Tuotettu harkkorauta tosin menettää puhtautensa, jos FeO ajetaan hy
vin alas kuonan titaanipitoisuuden nostamiseksi, joten käy
tännön prosessissa lienee aiheellista hieman laskea kuonan titaanipitoisuutta, ja näin saavuttaa helpommat prosessin ajo-olosuhteet samalla, kun syntyvä raakarauta on puhtaampaa.
Mustavaaran jätepelleteistä syntyvän kuonan TiC^-pitoisuus on ilman fluksilisäyksiäkin kuitenkin melko matala. Kun käytetään esim. 50 % Mustavaaran jätepellettejä ja 50 % Otanmäen ilmeniittirikastetta, on sähköuunisulatuksessa
ilman fluksilisäyksiä syntyvän kuonan TiC^-pitoisuus n. 70 % ajettaessa kuonan FeO alas n. 2 %:iin. Tällaisen kuonan
Ti02~pitoisuus on hyvin lähellä Sorel-prosessin kuonan Ti02~
pitoisuutta 70... 72 %. Sorel-prosessin raaka-aineena on rikaste, joka saadaan hematiittipitoisesta ilmeniitistä, jonka Ti02~pitoisuus on n. 34,3 %. Näin voidaan saavuttaa kuonan korkea Ti02~pitoisuus, ja silti jättää kuonaan n. 10 % FeO:ta, joka toimii tehokkaana fluksina. Muita flukseja ei Sorel-prosessissa käytetäkään sähköuunisulatuksessa vaan vasta raakaraudan rikinpoistossa. Kuona on kuitenkin huo
mattavasti emäksisempää kuin Mustavaaran pelleteistä ja
Otanmäen ilmeniittirikasteesta syntyvä kuona. Mikäli pel
lettien ja ilmeniittirikasteen seossuhteella n. 50 %/50 % halutaan Ti02-pitoisuus n. 70 %:ksi on FeO ajettava alas, mikä tekee kuonan hallitsemisen todennäköisesti vaikeaksi.
Osaka Titanium Company Ltd.:n prosessi osoittaa kuitenkin, että on mahdollista hallita kuona, jonka Ti02~pitoisuus on hyvin korkea ja FeO-pitoisuus matala. Tämäkin kuona on kui
tenkin emäksinen MgO/Si02-suhteen ollessa 1,5 ja MgO-pi- toisuuden 1,50 %.
Prosessi, joka käyttäisi raaka-aineenaan Mustavaaran jäte- pellettien ja Otanmäen ilmeniittirikasteen seosta, vaatisi myös rumpu-uunin, jota voidaan lämmittää valokaariuunin poistokaasuilla ja jossa pelletit ja ilmeniittirikaste tai murskattujen tai jauhettujen liuotusjätepellettien ja ilme
niittirikasteen seos voidaan esilämmittää ja/tai esipel- kistää. Ilmeniittirikaste ja murskattujen liuotusjätepellet
tien ja ilmeniittirikasteen seos olisi esim. pelletoiva tai briketoiva. Myös pelkistin voidaan ajaa rumpu-uunin lä
pi. Kuonan Ti02~pitoisuuden ollessa 70 %:n luokkaa ovat sulatusuunin lämpötilat yli 1600 °C, Sorel-prosessissa 1650 °C, kun se Highveld-prosessissa on todennäköisesti 1450 °C:n luokkaa. Sorel-prosessin merkittäviä etuja on, että sekä kuona että metalli voidaan myydä. Ajettaessa kuo
nan FeO hyvin alas syntyvä raakarauta menettää puhtauden, joka on mahdollista saavuttaa, kun kuonassa on esim. n.
10 % FeO:ta.
Titaanipitoiset kuonat kuluttavat vuorausta hyvin voimak
kaasti. Osaka Titanium Company Ltd.:n käyttämä vuoraustek- niikka, jossa grafiittivuoraukseen tampataan kuonasta, piestä ja koksista valmistettu brikettimurske, saattaa ol
la varsin käyttökelpoinen muissakin titaanipitoista malmia käyttävissä prosesseissa. Tosin valokaariuunin panostustek- niikallakin pystytään pitämään vuoraus kunnossa esim. Sorel- prosessissa .
3. ELKEM-PROSESSI
Vuonna 1956 norjalainen yhtiö, Elektrokemisk A/S, esitti prosessin, jossa panoksen valokaariuunisulatusta edeltää panoksen lämmitys ja esipelkistys rumpu-uunissa. Jo aikai
semmin oli tutkittu Tysland-Hole -uunin poistokaasujen hyö
dyntämistä kuilu-uunissa, mutta esipelkistyksessä synty
neiden vaikeuksien vuoksi Elektrokemisk A/S rupesi tutki
maan rumpu-uunin käyttöä kuilu-uunin sijasta. Menetelmiä on kehitetty tämän jälkeen, ja nyt Elkem-prosessi muodos
tuu panoksen esilämmityksestä ja/tai -pelkistyksestä rumpu- uunissa tai kuilu-uunissa ja seuraavasta sähköuunisulatuk
sesta, jossa panos pelkistetään loppuun. Esilämmitys ja -pelkistys tapahtuvat sähköuunista saatavalla CO-rikkaalla kaasulla. Tämän jälkeen kuuma tuote panostetaan suoraan
sähköuuniin. Prosessia käytetään raakaraudan ja ferroseos- ten valmistukseen. Seuraavassa käsitellään raakarautapro- sessia.
Edellä esitetty Highveld-prosessi on Elkem-prosessi. Myös japanilainen Nisso Steel Mfg. Co., Ltd. valmistaa raaka- rautaa titaanipitoisesta rantahiekasta, jonka analyysi on 54,5 % Fe, 12,5 % Ti02, 3,6 % SiC>2, 2,3 % Al2C>3 ja 0,5 % CaO, Elkem-prosessi11a, jossa on rumpu-uuni ja sähkömatala- kuilu-uuni. Tämä laitos on hyvin pieni, ja sen tuotanto on vain 15 t päivässä /23/.
3.1. Elkem-prosessin edut ja vertailu suorapel- kistysmeneteImiin
Jo vuonna 1956 ajetuissa pilot-plant -kokeissa todettiin rumpu-uuniesipeIkistyksen avulla voitavan lisätä sähkö
uunin samalla energiankulutuksella tuotantoa 30... 50 %.
Magnetiittirikasteestä valmistettu itsefluksaava sintteri kulutti energiaa sähköuunissa 2114 kWh raakarautatonnia kohden panostettaessa se kylmänä sähköuuniin, mutta vain 1400 kWh poistettaessa rumpu-uunissa 41,5 % panoksen hapes- ta lämpötilassa 970 °C ja syötettäessä panos kuumana sähkö
uuniin. Myös elektrodien kulutus raakarautatonnia kohden pieneni. Huomattiin, että runsaasti haihtuvia komponent
teja sisältävän hiilen käyttö olisi mahdollista ilman esi
käsittelyä ja haihtuvien komponenttien lämpösisältö voitai
siin hyödyntää rumpu-uunissa kuten sähköuunin CO-kaasu.
Erikoisen sopivaksi prosessi katsottiin jo alusta lähtien sellaisille malmeille, jotka eivät sovi masuuniin /24/.
Prosessi muodostuu seuraavista vaiheista rumpu- ja valo
kaariuunissa /25/ :
(1) lämmitys, kuivatus ja/tai karbonaattien kalsinointi ja metallioksidien esipelkistys rumpu-uunissa
(2) raakahiilen syöttö rumpu-uuniin
(3) kuuman panoksen siirto rummusta sähköuuniin
(4) sähköuunisulatus konventionaalisella uppovalokaari- menetelmällä oleellisesti pienemmällä energiankulu
tuksella ja vastaavasti lisääntyneellä uunikapasitee- tilla.
Prosessin edullisuus perustuu seuraaviin seikkoihin : Sähkön
kulutus raakarautatonnia kohden vähenee. Voidaan käyttää muita pelkistimiä kuin kallista koksia raakaraudan valmis
tukseen. Sähköuunin koon pysyessä samana nousee tuotanto.
Voidaan käyttää malmeja, jotka eivät sovi masuuniin. Näitä ovat esim. TiC^-pitoinen malmi ja paljon hienoa ainesta sisältävä malmi.
Elkem-prosessi muistuttaa paljon rautasieniprosesseja,
joissa on mukana rumpu-uuni. Pelkistysasteessa on kuitenkin huomattava ero. Rautasieni on lähes 100 %:sti metallisoi-
tunutta. Se on jäähdytettävä, joskus briketoitava, ennen, kuin se syötetään sähköuuniin. Rikasteiden on oltava rauta- sienenvalmistuksessa melko puhtaita, jotta vältytään säh
köuunissa teräksenvalmistuksessa ylimääräiseltä kuonalta ja raffinointitoimenpiteiltä. Elkem-prosessi rajoittuu 30...70 %:n esipelkistykseen, joka ei vielä aiheuta sint- raantumista. Näin vältytään kalkin ja hiilen liikakäytöltä syötteessä, ja rumpu-uunin tuote voidaan syöttää suoraan kuumana sähköuuniin. FeO:n muutosta rautasieneksi välte
tään, jolloin kuonanmuodostus ja raffinointi tapahtuvat sähköuunissa kuten masuunissa. Kuuman panoksen syöttäminen sähköuuniin lisää huomattavasti aikaa, jolloin sähköuunin lämpötila on korkea, mikä mahdollistaa suuremman sulapel- kistyksen ja korvaa esipelkistyksen alhaisuutta /7/.
3.2. Toiminta-arvoja
Elkem-prosessin esipelkistys tapahtuu joko rumpu-uunissa tai kuilu-uunissa. Rumpu-uunin etuja on, että se sopii hie
nollekin materiaalille. Kuilu-uunissa panoksen huokoisuu
den on oltava sopiva. Panoksen ja kaasun välillä on kuilu- uunissa parempi kontakti kuin rumpu-uunissa.
3.2.1. Rumpu-uuni - sähköuuni
Rautamalmin ja kiinteän pelkistimen seos esilämmitetään ja/tai esipelkistetään vastavirtaperiaatteella lämpötilassa 1000...1050°C kaasu- tai öljylämmitteisessä rumpu-uunissa
(kuva 5). Pelkistintä lisätään uuniin kahteen vyöhykkeeseen Esipelkistynyt panos sulatetaan ja pelkistetään loppuun raakaraudaksi sähköuunissa lämpötilassa n. 1600 °C. Pelkis- timenä voidaan käyttää koksia, hiilimurskaa tai ruskohiiltä joiden raekoko on 3 ... 20 mm. Malmi voi olla kappaleinalmia, sintteriä tai pellettejä, joissa on 50... 65 % rautaa ja joi den raekoko on alle 35 mm. Lisäaineena kuonanmuodostukseen tai rikinpoistoon käytetään esim. kalkkikiveä tai hiekkaa, joiden raekoko on 3... 20 mm. Sähköuunin poistokaasujen ana
lyysi on seuraava: 65 ... 75 % CO, 15 ... 20 % C02, 5 ... 10 % H2 ja 2...4 % N2. Tämä kaasu käytetään esilämmitykseen ja -pelkistykseen rumpu-uunissa /23/.
Kuva 5. Elkem-prosessi, jossa on rumpu- uuni /26/.
3.2.2. Kuilu-uuni - sähköuuni
Pelletit tai kylmänä kovetettu malmin, hiilen ja sementin seos esilämmitetään ja -pelkistetään lämpötilassa 800...
950 °C vastavirtaperiaatteella kuilu-uunissa sähköuunin poistokaasulla. Kuilu-uunin tuote sulatetaan ja pelkiste
tään loppuun sähköuunissa lämpötilassa n. 1600 °C (kuva 6) Pelkistimenä käytetään hiiltä, jossa on paljon haihtuvia komponentteja ja jonka raekoko on 3...20 mm. Pellettien koko on 3...25 mm. Kuonanmuodostukseen käytetään pulveri- maista kalkkikiveä tai hiekkaa ja mahdollisesti koksia.
Sähköuunin poistokaasujen analyysi voi olla esim. seuraava 65 % N2, 25 % C02 ja 10 % CO /23/.
(5
Kuva 6. Elkem-prosessi, jossa on kuilu- uuni /26/.
3.2.3. Sulatuksessa kuluva energia
Esipelkistysaste, panoksen lämpötila ja kuonamäärä vaikut tavat sulatuksessa kuluvaan energiaan kuvien 7 ja 8 mukai sesti. Tulokset perustuvat laskelmiin, mutta pilot-plant- ajoissa on saatu vastaavia tuloksia /27/.
LIME
700"c
PRE RED U C TIO N %
PREHEAriNO TEMPERA -
TURES
Kuva 7. Energian kulutus esikuumennetun panoksen sulatuksessa /27/.
* *whUton F /500
SPONGE IRON COLO SMELTING
73 У. PREREOUCTION 900 *C PREN E A TINO
1000 SLAO VOLUME *0/|
Kuva 8. Energian kulutus esipelkistetyn materiaalin sulatuksessa /27/.
3.3. Mustavaaran tilanne ja Elkem-prosessi
Elkem-prosessi on osoittanut sopivuutensa titaanipitoisen rautamalmin hyödyntämiseksi sekä Highveld Vanadium and Steel Corporation Ltd.:n että Nisso Steel Mfg. Co. Ltd.:n prosessissa. Elkem-prosessi muistuttaa hyvin paljon rauta- sieniprosesseja, mutta siinä rajoitutaan 30... 70 %:n esi- pelkistykseen. Prosessia voidaan pitää turvallisena vaih
toehtona verrattuna rautasieniprosesseihin, joissa on tois
taiseksi ollut, huolimatta monista menestyksellisistä pro
sesseista, myös suuria vaikeuksia. Tosin rumpu-uunia ja kuilu-uunia käyttäviä rautasieniprosesseja voidaan pitää myös onnistuneina ratkaisuina.
Mustavaaran liuotusjätepellettien perusominaisuudet, TiC^- pitoisuus ja siten masuuniin sopimattomuus sekä heikkous, ovat juuri ne, joiden vuoksi Elkem-prosessi rumpu-uuneineen on sopiva. Kuilu-uunin käyttö ei tule kysymykseen ilman uude1leenpelietointia pellettien heikkouden vuoksi. Pelle
tit ovat kuitenkin hyvin hauraita, joten niiden murskaus tai jauhatus onnistuu todennäköisesti hyvin helposti. Näin uu
de lleenpe lie toin ti ei todennäköisesti olisi kallis toimen
pide. Samalla saataisiin tuote, joka mahdollistaisi kuilu- uuninkin käytön. Rumpu-uuniin liuotusjätepeHetit sopivat kuitenkin ilman uudelleenpelletointia, joten ei ole syytä
monimutkaistaa niiden hyödyntämistä. Myös rumpu-uunirauta- sieniprosessi pystyy käyttämään titaanipitoista hienoa raa
ka-ainetta, minkä osoittaa New Zealand Steel Ltd.:n pro
sessi.
Elkem-prosessin matalamman esipelkistyksen helppous, käyte
tyt matalat lämpötilat, esim. Highveld-prosessissa 1000...
1050 °C, ja sintraantumisen estyminen ovat merkittäviä
etuja rautasieniprosesseihin verrattuna. Elkem-prosessissa sähköuunin jätekaasujen hyödyntämisen, panostustekniikan ja esipelkistyksen vuoksi saavutettava sähköenergiankulu- tuksen lasku on tärkeä etu sähkön ollessa kallista. Mata
lakin esipelkistys takaa panoksen pehmeän sulamisen ja helpottaa kuonan kontrollia.
Mikäli käytetään Mustavaaran jätepellettien ja Otanmäen ilmeniittirikasteen seosta, on tällöinkin edullista käyttää Elkem-prosessia. Ilmeniittirikaste on pelletoitava tai briketoitava ennen käyttöä. Materiaalin homogeenisuuden saavuttamiseksi on ehkä myös liuotusjätepelletit murskat
tava ja sekoitettava tämä murske ja ilmeniittirikaste. Seos on pelletoitava tai briketoitava. Esipelkistys voitaisiin
tehdä rumpu- tai myös kuilu-uunissa, jos materiaali on kes
tävää. Ilmeniittirikastetta sisältävä panos on todennäköi
sesti hapetettava ennen pelkistystä ilmeniitin huonon pel- kistyvyyden parantamiseksi. ^
Huolimatta siitä, että jätepelletit mahdollisesti kestävät rumpu-uuniesikäsittelyn, on todennäköistä, että prosessin pölyongelmat ovat suuret. Pelkistykseen rumpu-uunissa on melko reaktiivinen pelkistin tarpeen. Sulatuksessa energian kulutus on korkea huolimatta esipelkistyksestä, koska pel
lettien sivukivipitoisuus on korkea, mutta tilannetta aut
taa, jos todella saadaan sekä metalli että kuona myytäviksi tuotteiksi.
4. TITAANIPITOISET KUONAT
Titaania ja rautaa sisältäviä malmeja sulatettaessa syntyvä kuona on hyvin ongelmallinen. Näiden jalostaminen masuunissa katsotaan yleensä kannattamattomaksi, kun malmin TiC^-pitoi- suus on yli 1,5 %, koska masuuniajo vaikeutuu kuonan ai
heuttamien ongelmien vuoksi /28/. Jos sulatuksen tarkoituk
sena on tuottaa rautaa, on tärkeää, ettei syntyvä kuonamää- rä olisi suurempi kuin muita rautamalmeja sulatettaessa.
Kuonan ollessa sulatusprosessin päätuote on edullista, jos malmin sivukivipitoisuus on alhainen, koska näin saadaan kuonan titaanioksidipitoisuus korkeaksi. Rikinpoiston on
nistumiseksi kuonan olisi oltava riittävän emäksistä. Kuo
nan titaanidioksidi ei saisi pelkistyä, koska se voi johtaa liukenemattomien titaanikarbidien ja -nitridien syntyyn.
Kuonan viskositeetin muuttumisen tunteminen eri olosuhteis
sa on tärkeää. On edullista, jos kuona sulaa pienellä ener
giamäärällä ja kuluttaa mahdollisimman vähän vuorausta ja elektrodeja. Ennen kuin voidaan ratkaista, kannattaako mal
min sulatus, on tunnettava kuonan kemialliset ja fysikaali
set ominaisuudet tarkkaan. Titaanipitoisia kuonia ei ole tutkittu vielä kovinkaan kauan, ja siksi niistä ei ole vie
lä yhtä täydellistä teoriaa kuin silikaattikuonista.
Kun kuonan titaanipitoisuus on korkea, kuonalla on seuraavia perusominaisuuksia /29/: Kuonat ovat hyvin epästabiileja,
ja niissä tapahtuu nopeita muutoksia sulasta kiinteään ti
laan. Hiilen läsnäollessa titaanioksidit pelkistyvät, ja sulatuksen aikana syntyy alempien titaanioksidien yhdistei
tä, joiden sulamispiste on korkea. Kuonien sähkönjohtavuus perustuu elektroneihin. Kuonat ovat hyvin kuohuvia panos
tettaessa ne uuniin ja rautaoksidien pelkistyessä. Titaani- pitoisia kuonia on tulistettava. Lämpötilan vaihtelut ovat
