xie csrp08 drygranulationheatrecovery (1)

CSRP’08 conference 18‐19 November 2008Customs House, Brisbane, Queensland

Piloting the Integrated Dry Piloting the Integrated Dry Granulation and Heat Granulation and Heat Recovery Process at CSIRORecovery Process at CSIRO

D Xie, J Donnelley, R Flann, Y Pan,S Sanetsis, B WashingtonCSIRO Minerals

Introduction Introduction ‐‐ SlagsSlags

Molten slag ‐ high volume by productsHigh grade waste Heat containedCurrently air cooled or water granulated 

No heat recovery

Need for a new sustainable slag process

BlueScope Port Kembla

BUSINESS DRIVERSBUSINESS DRIVERS

Waste Heat

1.83 GJ/t slag is available in cooling from 1500 to 25°C

BlueScope Steel and OneSteel produce >2 Mt‐slag/year

∼4 PJ heat is equivalent to ∼ 0.3 Mt CO2 ↓ if from coal combustion

Granulated BF slag for cement

∼1.5 Mt BF slag available (BSL + OST)

Up to 1.5 Mt CO2e ↓ if limestone is not burnt

Objectives for a New Slag Process (Dry Granulation)

Full value recovery Slag for cement and recover the heat

Minimise environment impact• Reduce air pollution (SO2, H2S)

• Save water: 1.5 GL/year evaporated

Spinning Disc Dry GranulationSpinning Disc Dry Granulation

BACKGROUND

Literature review 

Identified as the most prospective dry slag granulation (DSG) process

No commercial process available

Dry granulation at CSIRO (Since 2002)

Method tested, lab to pilot scaleMajor progress recently• Optimised atomisation to produce fine granulates

• Enhanced fast quenching/cooling to improve handling of hot granulates

• More compact unit to reduce cost and for efficient heat recovery

Real Time

Slow Motion

Experimental ResultsExperimental Results

1520 °C 1500 rpm

File Name: h:\...\kc10a\kc10a13.xpt

Sample 6 19/7

2-Theta Angle (deg)10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00

5

10

15

20

25

30

Inte

nsity

(C

ount

s) X

10

1520°C 1500 rpm

XRD scan results 5- 586 CALCITE, SYN

File Name: h:\...\kc10a\kc10a14.xpt

Poat K Raw

2-Theta Angle (deg)10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00

5

10

15

20

25

30

35

Inte

nsity

(C

ount

s) X

10 3.035

Green sample(water granulated)

File Name: h:\...\kc10a\kc10a11.xpt

Sample 4, 19/7

2-Theta Angle (deg)10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00

5

10

15

20

25

30

Inte

nsity

(Cou

nts)

X 1

0 2.851

1470°C 1000 rpm

1470 °C 1000 rpm

New Integrated DSG & Heat New Integrated DSG & Heat Recovery ProcessRecovery Process

Four‐year project (2006‐2010)CSIRO, BlueScope Steel, OneSteel and CSRPObjective: Optimise DSG and introduce heat recovery

Project planConceptual flowsheet (Year 1, 2006‐2007)

Modelling: optimal disc atomisation and heat recoveryExperimental work

Build a prototype pilot plant (Years 2‐3, 2007‐2009)Prove concept, optimise process designEvaluate of process and products

Scale‐up and plant trials (Years 3‐4, 2009‐2010)Commercialisation (from 2010)

Conceptual: Conceptual: Integrated DSG Integrated DSG and Heat Recovery Processand Heat Recovery Process

Hot air >600°C

Granules <50°C

Hot air >600°C

air 25°C

air 25°C

Dry Granulation(Spinning disc)

Heat exchanger(Packed bed / counter‐current)

Slag 1500°C

DryingPreheatingSteamPowerDesalination

Cement

Solid ∼ 900°C

Recent Progress (2007Recent Progress (2007‐‐2008)2008)

A new pilot plant built to prove conceptOperational and technical challenges resolvedPreparation for scale up and plant trialsIndustry engagement and partnership

Commission of New Pilot PlantCommission of New Pilot Plant

New pilot plant built and commissionedKey operational and technical challenges resolved

Evaluation and OptimisationEvaluation and Optimisation

Evaluation using industrial slags 

Effect of slag, temp and operation conditions

Size distribution

Assessment – products suitability for cement

0102030405060708090

100

0 1000 2000 3000 4000 5000Aperture (μm)

Cum

ulat

ive

% p

assi

ng T15_R7T15_R8T16_R3T16_R4T17_R1T18_R1

Preparation for Scale UpPreparation for Scale Up

CFD modelling Disc design for scale up

Integrated process

Plant data / measurement Slag temperature

Sulphur

Industry EngagementIndustry Engagement

Strong interests from industriesAustralia and internationally

Slag producers, ferrous and non‐ferrous

Slag handlers, and cement manufacturer

Engineering companies

Business planDiscussions with potential  partners

Commercialisation

Work to FollowWork to Follow

Process optimisation and evaluation

CFD modelling for scale up

Process Scale Up and Plant Trials

Scheduled for 2009‐2010 at BlueScope Steel and OneSteel

Commercialisation 

From 2010

Thank youThank you

Dr Dongsheng XieProject Leader – Dry Granulation of SlagsPhone: +61 3 9545 8896Email: Dongsheng.Xie@csiro.auWeb: www.csiro.au/group