فهرست :
- تولید فولاد در طبس
- الف -کوره بلند
- مقدمه
- تاریخچه آهن
- پیدایش
- خصوصیات قابل توجه
- کاربرد ها
- ترکیبات
- بیولوژی
- ایزوتپها
- سنگ معدن هاي آهن
- فرآيندهاي اوليه استخراج آهن
- مواد اوليه مورد نياز استخراج آهن
- واكنش هاي كوره استخراج آهن
- احياي مستقيم
- كوره بلند:
- كارگاه چدن ريزي
- كارگاه چدن ريزي
- مراحل توليد آهن دركوره بلند
- نقش سرباره
- گاز خروجي از بالاي كوره
- جايگزين هوا در بعضي از كوره ها
- كوره توليد فولاد و جداكردن ناخالصي ها
- روش بسمه
- روش كوره باز (با روش مارتن)
- روش الكتريكي
- روش الكتريكي
- انواع فولاد و كاربرد آنها
- تبديل آهن به فولاد آلياژي
- كوره بلند
- شارژ كردن
- منابع بالقوه جانبي :
- كنترل هاي احتمالي درمورد مهندسي و كارهاي عملي
- پرسازي
- منابع بالقوه درمعرض
- كنترل هاي ممكن براي مهندسي و كارهاي علمي
- سوارخ كردن Tuyere (پانچ كردن)
- منابع بالقوه درمعرض
- ب – آهن اسفنجی
- توجیه تولید آهن اسفنجی در ایران
- فناوری تولید آهن اسفنجی1
- فرآیند تولید آهن اسفنجی2
- مزيت استفاده از آهن اسفنجي بهجاي قراضه
- افزايش مصرف آهن اسفنجي در فولادسازي قوسي
- تركيب شيميايي معمولي آهن بريكت گرم تجاري به شرح زير جدول زير است:
مواد اوليه - تشريح فرآيند توليد آهن اسفنجي
- فرآيندهاي مختلف آهن اسفنجي
- تعدادي از فرآيندهاي DRI كه در حال حاضر استفاده ميشوند به شرح زير است:
- مزيتهاي استفاده از آهن اسفنجي در كوره قوسي
- ساير مزيتها
- مصرف پايين الكترود
- مصرف DRI در روش IF
- شارژ DRI به كورههاي بلند
- احیای مستقیم به روش میدرکس
- 1- اطلاعات و شاخصهاي صنايع فولاد جهان و ايران در سال 2006
- تولید سالانه آهن اسفنجی:
- 2-بررسی سرعت احیا کانه های آهن
- 3- فناوری تولید آهن اسفنجی
- 4- تجهیزات واحد میدرکس
- 4-1 )تجهیزات انتقال بار به کوره و تخلیه آهن اسفنجی از کوره
- 4-2 تجهیزات تولید گاز احیا کننده
- 4-3 بازیاب حرارتی
- مزایای مصرف آهن اسفنـجی نسبت به آهن قـراضه در کوره های برقی
- ایران سومین تولید كننده آهن اسفنجی در جهان
- نتیجه گیری
- توليد جهاني
توضیحاتی در مورد تولید فولاد در منطقۀ طبس
حدود ۷۰% فولاد در دنیا به روش کوره بلند (استفاده از کک برای احیای غیر مستقیم سنگ آهن، مثال: ذوب آهن اصفهان) و مابقی به روش احیای مستقیم (استفاده از گاز طبیعی، مثال: فولاد مبارکه، و یا زغال حرارتی که در ایران کارخانهای به این روش نداریم) تولید میگردد. فولاد تولید شده به روش احیای مستقیم، فولاد اسفنجی نیز نامیده میشود.
دو کشور ایران (با گاز طبیعی) و هند (با زغال حرارتی) استفاده کننده های اصلی روش احیای مستقیم در دنیا می باشند.
تولید فولاد به روش احیای مستقیم با استفاده از زغال حرارتی در هند به لحاظ زیستمحیطی مشکلات زیادی را در این کشور ایجاد کرده و اعتراضات مردمی زیادی را در پی داشته است. کافی است sponge iron+india+ protest را در اینترنت جستجو کنید. با توجه به وجود منابع زغالسنگ حرارتی در هند، حسن این روش اقتصادی بودن تولید در مقیاسهای کوچک است طوریکه تعداد زیادی واحدهای کوچک ۱۰ تا ۳۰ هزارتنی تولید فولاد به این روش در این کشور وجود دارد و تعداد محدودی هم در مقیاسهای بزرگتر در این کشور به تولید فولاد از این روش می پردازند.
به صورت کلی هزینه سرمایه گذاری تولید به روش کوره بلند نسبت به روش احیای مستقیم بیشتر می باشد اما در ظرفیتهای بالای تولید (بالاتر از ۱/۵ میلیون تن در سال)، روش کوره بلند دارای اقتصاد بسیار مطلوبی می باشد.
در کشور ما که به منابع گازی ارزان قیمت دسترسی داریم، طبیعی است احیای مستقیم دارای مزیت فراوان و بیشتری نسبت به کوره بلند است اما قطعا نه در طبس. راه صحیح احداث صنعت فولاد در طبس، کوره بلند (یا اصطلاحا همان ذوب آهن) میباشد که اولین قدم آن با احداث ککسازی طبس برداشته شده است. البته احداث صنعت فولاد به شرط اطمینان از تأمین آب می باشد، که قطعاً منابع متعارف فعلی آب منطقه، پتانسیل تأمین چنین ظرفیتی را ندارد و باید آب از خارج از منطقه برای چنین پروژهای و پروژه های مشابه تأمین گردد.
پروژۀ تولید آهن اسفنجی در طبس با وجود منابع غنی زغالسنگ کک شو و احداث کک سازی در منطقه معدنی پروده، موجه نمیباشد، چرا که برای احیای مستقیم یا باید از گاز طبیعی استفاده کرد که ما چنین منبع خدادادی در منطقه نداریم و خط لوله گاز برای استفاده گرمایشی در منازل و … و حداکثر تامین کننده مصرف صنایع کوچک فعلی میباشد و توجیهی هم ندارد که گاز از خانگیران و سنگ آهن از سنگان خواف و یا چادرملو به طبس منتقل شود تا کارخانه فولاد اسفنجی احداث گردد بلکه باید با نگاه ملی از مزایای منطقه ای برای تولید فولاد بهره بگیریم. اگر هم قرار بر استفاده از زغال حرارتی برای تولید فولاد اسفنجی به روش احیای مستقیم بوده که محیط زیست منطقه را بهشدت تحت تأثیر قرار می داد که نمونه های آن به وفور در هند وجود دارند.البته خوشبختانه پروژه اشتباه فولاد اسفنجی طبس آنهم در زمینی که در نزدیکی طبس (جاده فشاه !!) در اختیار سرمایه گذاران گذاشته شده بوده، متوقف شده و به جایی نرسیده است.
بنابراین با توجه به مراحل پایانی احداث کارخانه ککسازی باید ابتدائاً بهدنبال تأمین آب و در نهایت احداث فولاد بهروش کوره بلند و در همان منطقه معدنی پروده که فاصله مطلوبی از طبس برای رشد صنعت دارد، بود. ضمنا در هر صورت در شرایط فعلی که معدن در حال استخراج سنگ آهن در منطقه وجود ندارد، سنگ آهن باید از خارج از منطقه حمل گردد که خوشبختانه از طریق مسیر ریلی موجود هم از سنگان و هم از چادرملو امکان پذیر است.
باید دقت داشته باشیم ضمن اینکه باید آخرین تکنولوژیهای روز در توسعۀ صنعتی منطقه بهکار گرفته شود، تحت هیچ شرایطی نباید اجازه داده شود محیط زیست، زیبایی داخل شهر، باغها و طبیعت بکر و آیندۀ منطقه تحت تأثیر رشد صنعت قرار بگیرد.
دکتر مهدی پناهی
………………………………………
یکی دیگر از طرحهایی که در منطقه توجیه دارد تولید فولاد بروش EAF به علاوه قراضه می باشد .
در این طرح امکان احداث کارخانه تولید قراضه از خودرو و مصالح ساختمانی و آهن آلات قراضه در منطقه های محروم کنار ریل مثل بشرویه یا حدود عشق آباد وجود دارد که نیاز به آب و معادن در فاز اول ندارد. در ادامه احداث کارخانه EAF یعنی کوره قوس الکتریکی برای ذوب قراضی نیاز است و در نهایت تولید فولاد بدون استفاده از آب فراوان … ولی این نوع سیستم برق قراوانی می خواهد که تامین آن در منطقه طبس امکانپذیر است.
همچنین در صورت تجهیز معادن خصوصی سنگ آهن و امکان خرید سنگ آهن از چادرملو یا سنگان در آینده می توان تا 60% سنگ آهن شارژ کوره ها کرد.
……………………………………….
-
الف – کوره بلند
مقدمه
امروزه يكي از اساسي ترين پايه هاي اقتصادي و اجتماعي كشورهاي جهان را صنايع آهن و فولاد تشكيل مي دهد و اين به سبب نياز مبرمي است كه انسان جهت پيشبرد، مفاصد خود در زندگي دارد. با نگاه اجمالي به كارايي اين عنصر حياتي، مي توان به نقش سازنده آن پي برد. زيرا علاوه بركاركرد آن درامر ساختمان سازي، پل سازي و غيره يكي از كالاهاي اساسي در صنايع اتومبيل سازي، كشتي سازي و لكوموتيو سازي است و به صورت آلياژ هاي مختلف، اساس تكنولوژي ماشين آلات را تشكيل مي دهد. كه آهن و فولاد به روش هاي مختلفي تهيه و توليد مي شدند ما دراين تحقيق روش تهيه بوسيله كوره بلند را از ابتدا مورد بررسي قرار مي دهيم.
آهن عنصر شيميايي است كه در جدول تناوبي با نشان Fe و عدد اتمي 26 وجود دارد. آهن فلزي است كه در گروه 8 و دوره 4 جدول تناوبي قرار دارد.
تاريخچه آهن (Fe)
اولين نشانه هاي استفاده از آهن به زمان سومريان و مصريان برمي گردد كه تقريباً 4000 سال قبل از ميلاد با آهن كشف شده از شهاب سنگها اقلام كوچكي مثل سر نيزه وزيور آلات مي ساختند. از 2000 تا 3000 سال قبل از ميلاد، تعداد فزاينده اي از اشياء ساخته شده با آهن مذاب (فقدان نيكل، اين محصولات را از آهن شهاب سنگي متمايز مي كند) دربين النهرين، آسياي صغير و مصر به چشم مي خورد؛ اما ظاهراً تنها در تشريفات از آهن استفاده مي شد و آهن فلزي گرانبها حتي با ارزش تر از طلا به حساب مي آمد.
براساس تعداد از منابع آهن، به عنوان يك محصول جانبي از تصفيه مس توليد ميشود مثل آهن اسفنجي – و به وسيله متالوژي آن زمان قابل توليد مجدد نبوده است. از 1600 تا 1200 قبل از ميلاد درخاورميانه بطور روز افزون ا زاين فلز استفاده مي شد، اما جايگزين كاربرد برنز درآن زمان نشد. تيرآهني متعلق به عنصر آهن سوند در گاتلند سوئد يافت شده است. از قرن 10 تا 12 در خاورميانه يك جابجايي سريع درتبديل ابزار و سلاحهاي برنزي به آهني صورت گرفت. عامل مهم دراين جابجائي آغاز ناگهاني تكنولوژي هاي پيشرفته كار با آهن نبود، بلكه عامل اصلي، مختل شدن تامين قلع بود. اين دوره جابجايي كه در زمانهاي مختلف و درنقاط مختلفي از جهان رخ داد، دوره اي از تمدن به نام عصرآهن را به وجود آورد. همزمان با جايگزيني آهن به جاي برنز، فرآيند كربوريزاسيون كشف شدكه به وسيله آن به آهن موجود درآن زمان كربن اضافه مي كردند. آهن را بصورت اسفنجي كه مخلوطي از آهن و سرباره به همراه مقدار ي كربن يا كاربيد است، بازيافت كردند. سپس سرباره آنرا با چكش كاري جدا نموده و محتوي كربن را اكسيده مي كردند تا بدين طريق آهن نرم توليد كنند.
مردم خاورميانه دريافتند كه با حرارت دادن طولاني مدت آهن نرم درلايه اي از ذغال و آب دادن آن در آب يا روغن مي توان محصولي بسيار محكم تر بدست آورد. محصول حاصله كه داراي سطح فولادي است، از برنزي كه قبلاً كاربرد داشت محكمتر و مقاوم تر بود. در چين نيز اولين بار آهن شهاب سنگي استفاده شد و اولين شواهد باستان شناسي براي اقلام ساخته شده با آهن نرم درشمال شرقي نزديك xinjiang مربوط به قرن 8 قبل از ميلاد به دست آمده است. اين وسايل از آهن نرم و با همان روش خاورميانه و اروپا ساخته شده بودند و گمان مي رفت كه براي مردم غير چيني هم ارسال مي كردند.
درسالهاي آخر پادشاهي سلسله ژو (حدود 550 قبل از ميلاد) به سبب پيشرفت زياد تكنولوژي كوره، قابليت توليد آهن جديدي بوجود آمد. ساخت كوره هاي بلندي كه توانايي حرارتهاي بالاي k 1300 را داشت، موجب توليد آهن خام يا چدن توسط چيني ها شد. اگر سنگ معدن آهن را با كربن k1470-1420 حرارت دهيم، مايع مذابي بدست مي آيد كه آلياژي با 96.5% آهن و 53.5% كربن است. اين محصول محكم را مي توان به شكلهاي ريز و ظريفي درآورد. اما براي استفاده، بسيار شكننده مي باشند، مگر آنكه بيشتر كربن آنرا از بين ببرند.
از زمان سلسله ژو به بعد اكثر توليدات آهن درچين به شكل چدن است. با اين همه آهن بعنوان يك محصول عادي كه براي صدها سال مورد استفاده كشاورزان قرارگرفته است، باقي ماند و تا زمان سلسله شين (حدود 221 قبل از ميلاد) عظمت چين را واقعاً تحت تأثير قرار ندارد.
توسعه چدن در اروپا عقب افتاد، چون كوره هاي ذوب در اروپا فقط توانايي K1000 را داشت، دربخش زيادي از قرون وسطي دراروپاي غربي آهن اسفنجي به آهن نرم بدست مي آورند. تعدادي از قالب گيريهاي آهن دراروپا بين سالهاي 1150 و 1350 بعد از ميلاد در دو منطقه درسوئد به نامهاي Lappyttan و Vinarhyttan انجام شد.
دانشمندان مي پندارند شايد اين روش بعد از اين دو مكان تا مغولستان آن سوي روسيه ادامه يافته باشد، اما دليلي محكمي براي اثبات اين قضيه وجود ندارد. تا اواخر قرن نوزدهم درهر رويدادي يك بازار براي كالاهاي چدني بوجود آمد، مانند درخواست براي گلوله هاي توپ چدني .
درآغاز براي ذوب آهن از زغال چوب هم بعنوان منبع حرارتي و هم عامل كاهنده استفاده مي شد. درقرن 18 در انگلستان تامين كنندگان چوب كم شدند و از زغال سنگ كه يك سوخت فسيلي است، بعنوان منبع جانشين استفاده شد. اين نوآوري بوسيله abraham darby انرژي لازم براي انقلاب صنعتي را تامين نمود.
پيدايش :
آهن يكي از رايج ترين عناصر زمين است كه تقريباً 5% پوسته زمين را تشكيل ميدهد. آهن از سنگ معند هماتيت كه عمدتاً fe2o3 مي باشد. استخراج مي گردد. اين فلز را بوسيله روش كاهش يا كربن كه عنصري واكنش پذيرتر است جدا مي كنند. اين عمل دركوره بلند دردماي تقريباً 2000 درجه سانتي گراد انجام مي پذيرد.
درسال 2000، تقريباً 1100 ميليون تن سنگ معدن آهن رشد ارزش تجاري تقريباً 25 ميليارد دلار آمريكا استخراج شد. درحاليكه استخراج سنگ معدن آهن در48 كشور صورت مي گيرد، چين،برزيل، استراليا، روسيه و هند با توليد 70% سنگ آهن جهان پنج كشور بزرگ توليد كنندگان آن به حساب مي آيند. براي توليد تقريباً 573 ميليون تن آن خام 1100 ميليون تن سنگ آهن مورد نياز است.
خصوصيات قابل توجه :
جرم يك اتم معمولي آهن 56 برابر جرم يك اتم معمولي هيدروژن مي باشد. عقيده براين است كه آهن، دهمين عنصر فراوان جهان است. Fe مخفف واژه لاتين ferrum براي آهن مي باشد. اين فلز، از سنگ معدن آهن استخراج مي شود و به ندرت به حالت آزاد (عنصري) يافت مي گردد.براي تهيه آهن عنصري، بايدناخالصيهاي آن با روش كاهش شيميايي از بين برود. آهن براي توليد فولاد به كار مي رود كه عنصر نيست، بلكه يك آلياژ و مخلوطي است از فلزات متفاوت (وتعدادي غيرفلز بخصوص كربن). هسته اتمهاي آهن داراي بيشترين نيروي همگبر در هر نوكلئون هستند. بنابراين آهن با روش همجوشي، سنگين ترين و با روش شكافت اتمي، سنگينترين عنصري است كه بصورت گرمازايي توليد مي شود.
وقتي يك ستاره كه داراي جرم كافي مي باشد چنين كاري انجام دهد. ديگر قادر به توليد انرژي درهسته اش نبوده ويك ابر اختر پديد مي آيد. آهن رايج ترين فلز درجهان به حساب مي آيد. الگوهاي جهان شناختي با يك جهان بار پيش بيني زمان را مي كند كه درنتيجه واكنشهاي همجوشي و شكافت هسته، همه چيز به آهن تبديل خواهد شد.
كاربردها
كابرد آهن از تمامي فلزات بيشتر است و 95 درصد فلزات توليد شده در سراسر جهان را تشكيل مي دهد. قيمت ارزان و مقاومت بالاي تركيب آن استفاده از آنرا بخصوص دراتومبيلها، بدنه كشتي هاي بزرگ و ساختمانها اجتناب ناپذير مي كند. فولاد معروفترين آلياژ آهن است و تعدادي از گونه هاي آهن به شرح زير مي باشد:
· آهن خام كه داراي 5%-4% كربن و مقادير متفاوتي ناخالصي از قبيل گوگرد، سيليكون و فسفر است و اهميت آن فقط به اين علت است كه درمرحله مياني مسير سنگ آهن تا چدن و فولاد قرار دارد.
· چدن، شامل 5/3% -3% كربن و مقدار كمي منگنز مي باشد. ناخالصي هاي موجود در آهن خام مثل گوگرد و فسفر كه خصوصيات آنرا تحت تأثير منفي قرار مي دهد. درچدن تا حد قابل قبولي كاهش مي يابند. نقطه ذوب چدن بين 1420-1470 k مي باشد كه از هر دو تركيب اصلي آن كمتر است و آنرا به اولين محصول ذوب شده پس از گرم شدن همزمان كربن و آهن تبديل مي كند. چدن بسيار محكم، سخت و شكننده مي باشد، چدن مورد استفاده حتي چدن گرماي سفيد موجب شكستن اجسام مي شود.
· فولاد كربن شامل 5/1% – 5/0% كربن و مقادير كم منگنز، گوگرد، فسفر و سيليكون است.
· آهن ورزيده (آهن نرم) داراي كمتر از 5/0% كربن مي باشد و محصولي محكم و چكش خوار است، اما به اندازه آهن خام گدازپذير نيست. حاوي مقادير بسيار كم كربن است (چند دهم درصد) اگر يك لبه آن تيز شود، به سرعت تيزي خود را از دست مي دهد.
· فولادهاي آلياژ حاوي مقادير متفاوتي كربن بعلاوه فلزات ديگر مانند كروم ، واناديم، موليبدن، نيكل ، تنگستن و … مي باشد.
· اكسيدهاي آهن براي ساخت ذخيره مغناطيسي دركاميپوتر مورد استفاده قرار مي گيرند. آنها اغلب با تركيبات ديگري مخلوط شده و خصوصيات مغناطيسي خود را بصورت محلول هم حفظ مي كنند.
تركيبات
معمولترين حالات اكسيداسيون آهن عبارتند از :
· حالت فروس Fe+2
· حالت فريك Fe+3
· حالت فريل Fe+4
· آهن (VI) هم معروف است (اگر چه كمياب مي باشد) درصورتيكه شكل فرات پتاسيم باشد، (K2FeO) يك اكسيد كننده انتخابي براي الكلهاي نوع اول مي باشد. اين ماده جامد فقط در شرايط خلاء و ارغواني تيره پايدار است. هم به صورت محلول سوزآور و هم بصورت يك ماده جامد.
بيولوژي
آهن اتم اصلي مولكول هم (بخشي از گلبول قرمز) و بنابراين جزء ضروري تمام هموپروتئين ها محسوب مي شود. به همين علت، وجود اين عنصر درحيوانات حياتي مي باشد. همچنين آهن غير آلي درزنجيره هاي آهن – گوگرد بسياري از آنزيمها يافت مي شود. باكتريها اغلب از آهن استفاده مي كنند. وقتي بدن درحال مبارزه با يك عفونت باكتريايي است، براي عدم دستيابي باكتري به آهن، اين عنصر را پنهان مي كند.
ايزوتپها
آهن بطور طبيعي داراي چهار ايزوتوپ پايدار Fe-54, Fe 56, Fe 57, Fe-58 مي باشد. فراواني نسبي ايزوتپهاي آهن در طبيعت تقريباً Fe-56 7/91% Fe-58 3/0%,Fe-57 2/2%, Fe54- 8/5% است. Fe-58 3/0% كه نوكلئيد پرتوزاي (مانند مطالعات شهاب سنگها) و شكل گيري كاني ها هستند. حول محور تعيين انواع مختلف Fe-60 صورت گرفته است.
در وهلههاي مختلف، شهاب سنگهاي Chervony Kut, Semarkona مي تون بين تمركز Ni-nichell60 (محصول اخترچه Fe-60) و فراواني ايزوتپهاي پايدار آهن ارتباطي يافت كه دليلي براي وجود آهن 60 در زمان شكل گيري منظومه شمسي مي باشد، احتمالاً انرژي آزاد شده فروپاشي آهن 60 به همراه انرژي رها شده براثر فروپاشي نوكلئيد پرتوزاي Al-26 درذوب مجدد و تفكيك اخترچه هاي بعداز شكل گيري آنها 4.6 ميليارد سال پيش تأثير داشته است. فرواني Ni-60 موجود در مواد فرازميني نيز ممكن است آگاهي بيشتري درمورد منشأ منظومه شمسي و تاريخ ابتدايي آن ارائه نمايد.
دربين ايزوتپهاي پايدار فقط آهن 57 داراي اسپين اتمي است، (2/1-) به همين خاطر آهن 57 درشيمي و بيوشيمي بعنوان يك ايزوتوپ اسپيني داراي كاربرد است.
سنگ معدن هاي آهن
سنگ معدن هايي كه آهن از آن استخراج مي شود، بيشتر به صورت اكسيدهاي آهن، مانند مگنيت يا هماتيت است كه با 3 تا 20 درصد ناخالصي (نظير سيليكات ها و آلومينات ها) همراه است. اين ناخالصي ها دركوره از آهن جدا شده به صورت تفاله خارج مي شوند. سنگ معدن تصفيه شده و تغليظ شده به صورت پودر با دانه هاي ريز در كوره وارد مي شود. مناسب ترين اندازه ذرات آن بين 6 تا 25 ميلي متر است. يادآوري مي شود كه امروزه از سولفيد طبيعي آهن (پيريت) دراستخراج آهن استفاده نمي شود، بلكه مصرف عمده آن دراسيد سولفوريك سازي است.
فرآيندهاي اوليه استخراج آهن
استخراج آهن از سنگ معدن هاي آن طي فرآيند هاي فيزيكي و مكانيكي و شيميايي تحت شرايط ويژه اي صورت مي گيرد.
درمرحله آغازي، سنگ معدن بايد طي چندين مرحله از عمليات ازجمله: خردكردن، آسياب كردن، سرند كردن، شستشو، استفاده از جداكننده مغناطيسي و يا به روش فلوتاسيون تغليظ شود. محلول غليظ شده معمولاً داراي 60 تا 65% آهن، 8 تا 12 % سليس مي باشد. پس از تلغيظ سنگ معدن آن را بايد به اندازه هايي به ابعاد 6 تا 25 ميلي متر كه مناسب براي تغذيه كوره هاي وزشي است، تبديل كردكه يان عمل را اصطلاحاً آگلومريزه شدن مي نامند. استخراج آهن از سنگ معدنهاي آن عمدتاً با استفاده از كوره هاي وزشي صرت مي گيرد كه درحقيقت يك راكتور بزرگ شيميايي است كه در آن مخلوطي از سنگ آهك، سنگ معدن آهن، و ذغال كك گره داده مي شود.
مواد اوليه مورد نياز استخراج آهن
· سنگ معدن آهن:درمجاورت ذغال براثر گرما دركوره احيا مي شود و سپس براثر جرياني از گازهاي احيا كننده داغ كه از سوختن كك درهواي گرم پايين كوره توليد مي شود و در جهت عكس مسير آهن حركت مي كند، ذوب مي شود. آهن مذاب و تفاله حاصل از سنگ معدن به ازاي هر دو تا چهار ساعت از آتشدان كوره تخليه مي شود. اگر مواد اوليه به طور پيوسته از بالاي كوره وارد شود، دراين صورت، كوره مي تواند به طور پيوسته كار كند. محصول كوره وزشي همان چدن است كه براي تبديل آن به ديگر مشتقات آهن، بويژه فولاد، بايد درآن تغييراتي داد.
· زغال كك
مشخصات ساختاري آن عبارت است از : كربن ثابت 85 تا 90 %، خاكستر 5 تا 13%، رطوبت تا 8%، مواد فرار 1.6 تا 11% و گوگرد 0.5 تا 1.3 % نقش كك درفرآيند كوره هاي وزشي توليد گاز ها احيا كننده است و دراثر سوختن درپايين كوره انجام
مي پذيرد و مقاومت مكانيكي آن نيز در عمل مهم است اندازه كك موردمصرف، بايد بين 1.5 تا 7.5 ميلي متر باشد.· سنگ آهك:
به منظور كمك كردن ذوب و پايين آوردن دماي ذوب ناخالصي ها به سنگ معدن افزوده مي شود. نسبت تشكيل دهنده هاي بازي درمخلوط يعني (CaO) و (MgO) به تشكيل دهنده هاي اسيدي يعني (Sio2) بايد در حد ثابتي حفظ شود تا تفاله هاي كف مانند و سبك (سيليكات هاي كلسيم و منيزيم) به طور كامل تشكيل شود و ساير ناخالصي هاي همراه با خود را از آهن جدا كند، براي اين منظور، سنگ آهن و دولوميت بكارگرفته مي شود. گاهي براي كنترل تركيب نقاله هاي جاري، مقداري سيليكات تيز بدان اضافه مي شود، مناسب ترين اندازه اين دسته از مواد براي كوره هاي وزشي بين 70 تا 75% ميلي متر است.
واكنش هاي كوره استخراج آهن
پس ازاينكه كك درقسمت پايين كوره بارگيري شده، آن را تاحدود 1925oc گرم
مي كنند تا براثر وزش هواي گرم شروع به سوختن كرده، دما را دردهانه قسمت سوخت كوره تا 1925oc افزايش دهد. دي اكسيد كربن حاصل دراين دما ناپايدار بوده و بوسيله كك موجود در محيط به منواكسيد كربن تبديل مي شود. بخار آب همراه با هواي داغ در واكنش با كك نيز خود توليد منواكسيد كربن مي كند.واكنش هاي انجام شده در دهانه سوخت كه درحد بين مخزن سوخت و سنگ معدن آهن قراردارد. درقسمت بالاتر كوره كه در دماي زير 920oc است، اكسيدهاي آن به وسيله منواكسيد كربن و هيدروژن حاصل احيا مي شوند. درقسمت بالاتر كوره وقتي كه دما به 8150oc تا 870 oc رسيد سنگ آهك نيز تجزيه مي شود. درقسمت پايين كوره دربالاتر از 925 oc اكسيدهاي آهن بوسيله كربن احيا شده ودي اكسيد كربن حاصل بطور همزمان باكك واكنش داده و به منواكسيد كربن تبديل مي شود.
اين احيا به احياي مستقيم معروف است كه نيازي به انرژي زياد دارد. بيشتر گوگرد كه همراه كك وارد كوره مي شود، درداخل آن به H2COS تبديل مي شود. H2S حاصل با CaOFeO تبديل مي كند. FeS حاصل ضمن واكنش، آهن آزاد ميكند. ميزان چگونگي حذف گوگرد به دماي نقاله و نسبت CaOMgOSiO2Al2O3 بستگي دارد.
احياي مستقيم
احيايي است كه درآن سنگ معدن آهن، بوسيله عوامل احيا كننده جامد يا گازي احيا مي شود. با توجه به مقدار كربن موجود در آهن، اين عنصر به صورت دو نوع محصول آهن يعني چدن و فولاد عرضه مي شود.
كوره بلند:
هدف اصلي بخش كوره بلند توليد چدن مذاب جهت استفاده دربخش فولاد سازي يا درصورت عدم پذيرش، ارسال آن به كارگاه چدن ريزي است. اين بخش شامل :
الف. كارگاه اصلي كوره بلند.
ب.كارگاه چدن ريزي
ج.كارگاه سرباره
د.كارگاه آماده سازي ياتيل و تاسيسات بونكرها و ذخيره سازي مواد مي باشد.كارگاه اصلي كوره بلنداز طريق كوره بلندهاي شماره 1و 2 توليد چدن دربخش كوره بلند صورت مي پذيرد. كوره بلند شماره يك داراي حجم 1.33 ميليمتر مكعب توليد متوسط ساليانه طبق طرح 665 هزاتن و كوره بلند شماره 2 داراي حجم 2000 متر مكعب و توليد متوسط ساليانه طبق طرح 1 ميليون و 337 هزار و 350 تن مي باشد. درفرآيند توليد جذب در كوره بلند مواد اوليه (سنگ آهن- آگلومره پليت-كك و كمك ذوبها) از دهانه كوره سارژ و هواي غني شده تا اكسيژن به همراه ديگر كمك سوختها (گاز طبيعي و ماروت) از بالاي بوته به كوره دميده مي شود.
هواي دميده شده منجر به سوختن كك و ايجاد واكنش شده و حرارت كافي جهت احياء ذوب سنگ آهن ايجاد مي نمايد. مواد مذاب در بوته كوره جمع و به تناوب از كوره تخليه و پس ازجداسازي چدن و سرباره ، در جوي مخصوصي كه با نسوز مناسب آماده شده است، چدن و سرباره به طور جداگانه و رباتيلهاي حمل چدن و سرباره تخليه مي شوند سپس باتيلهاي سرباره توسط لكوموتيو به كارگاه دانه بندي ارسال و پاتيلهاي چدن به فولاد سازي حمل مي شوند.
كارگاه چدن ريزي
وظيفه اين كارگاه توليد شمش چدن درصورت عدم جذب چدن مذاب توليدي كوره بلندها، توسط بخش فولاد سازي مي باشد. اين كارگاه داراي دو دستگاه ماشين چدن ريزي هركدام به ظرفيت 163 تن درساعت مي باشد چدن توليد شده دراين كارگاه قابل فروش به صنايع مختلف مي باشد و درصورت نياز از آن به عنوان شارژ سرد در كنتورها استفاده مي نمايند.
آهن كه مهمترين فلز از نظر تجارتي است، بوسيله كاهش يا كربن دركوره بلند صورت مي گيرد. ارتفاع اين كوره به حدود 30 متر و قطر آن به 7.5 متر مي رسد و جدا داخلي آن بوسيله آخر مخصوصي كه در برابر گرما مقاوم است، پوشيده شده است. اين كوره چنان طراحي شده است كه كار آن دائمي است. كه عملكرد آن را مرور مي كنيم.
مراحل توليد آهن دركوره بلند
از بالاي كوره بلند، كانه يا كاني آهن، كك و سنگ آهن را كه «گدارآور» يا «باركوره» نيز مي نامند، وارد مي كنند و از پايين كوره نيز جريان شديدي از هواي گرم مي دهند. اين هواي گرم گاهي با اكسيژن تقويت مي شوند. هواي ورودي باكك يا همان كربن تركيب شده، به كربن منوكسيد كاهيده مي شود و مقدار قابل ملاحظه اي گرما آزاد مي كند. دراين مرحله دماي كوره بالاترين مقدار يعني حدود 1500oC را دارد.
2C+O2 2CO
بار كوره كه درحال نزول است به تدريج گرم مي شود. نخست رطوبت آن گرفته و سپس كاني آهن بطور جزئي توسط كربن منوكسيد كاهيده مي شود. درقسمت داغتر كوره،كاهش كاني آهن به آهن فلزي، تكميل مي شود و سنگ آهك نيز CO2 از دست مي دهد و با ناخالصيهاي موجود دركاني آهن (كه بطور عمده سيليسيم دي اكسيد است) تركيب شده، سرباره مذاب توليد مي شود. آهن مذاب و سرباره مذاب با يكديگر مخلوط نمي شوند و درته كوره دو لايه جداگانه تشكيل مي شود.
واكنشهاي اين مراحل عبارتنداز :
Fe2O3 2Fe3O4+CO
CaCO3 CaO+ CO2
Fe3O4 درناحيه پايينترين از كوره كه داغتر است به FeO كاهيده مي شود:
Fe3O4+CO 3FeO+ CO2
در داغترين ناحيه كاهش به آهن فلزي صورت مي گيرد:
FeO+CO Fe +O2نقش سرباره
لازم به ذكراست كه سرباره مذاب عمدتاً كلسيم سيليكات است و به وسيله اثر نمايي گذازآور برروي هرزه سنگ توليد مي شود. اين سرباره برروي آهن مذاب شناور است.
نقش مقدار زياد كك دركوره
واكنشهاي كاهش اكسيدهاي آهن برگشت پذيرند و كاهش كامل فقط وقتي صورت ميگيرد كه دي اكسيد كربن حاصل را از بين ببريم. اين كار توسط كاهش آن با مقدار زياد كك صورت مي گيرد.CO2 + C 2CO2
گاز خروجي از بالاي كوره
گازي كه از بالاي كوره خارج مي شود، بطور عمده از منواكسيد كربن و نيتروژن موجود در هواي دميده شده، تشكيل مي شود. اين مخلوط گازي داغ را با هوا تركيب مي كنند تا منواكسيد كربن آن بسوزد و محصولات اين احتراق راكه گرماي بيشتري دارد از درون دستگاه تبادل گرما عبور مي دهند و به كمك آن هواي ورودي را گرم مي كنند.
جايگزين هوا در بعضي از كوره ها
دربعضي از كروه ها به جاي هوا از اكسيژن نسبتاً خالص استفاده مي كنند. دراين مورد، ابعاد كوره كوچكتر و دماي آن قدري زيادتر است و مونواكسيد كربن حاصل نسبت به مخلوط نيتروژن و مونواكسيد كربن، سوخت بهتري است.
ناخالصي هاي آهن و توليد فولاد
آهني كه از كوره بلند خارج مي شود، چدن ناميده مي شود كه داراي مقادير كربن، گوگرد، فسفر، سيلسيم، منگنز و ناخالصي هاي ديگر است. درتوليد فولاد دو هدف دنبال مي شود:
· سوزاندن ناخالصي هاي چدن
· افزودن مقادير معين ازمواد آلياژ دهنده به آهنمنگنز، فسفر وسيليسم درچدن مذاب توسط هوا با اكسيژن به اكسيد تبديل مي شود وبا كمك ذوب مناسبي تركيب شده، به صورت سرباره خارج مي شوند، گوگرد به صورت سولفيد وارد سرباره مي شود و كربن هم مي سوزد و مونوكسيد كربن CO با دي اكسيد كربن CO2 درمي آيد. چنانچه ناخالصي اصلي منگنز باشد، به كمك ذوب اسيدي كه معمولاً دي اكسيد سيلسيوم SiO2 است، بكار مي برند:
· MnO+SiO2 MnSiO3(1)
و چنانچه ناخالصي اصلي سيلسيوم يا فسفر باشد (و معمولاً چنين است) به كمك ذوب بازي كه معمولاً اكسيد منيزيم (MgO) يا اكسيد كلسيم (CaO) است، اضافه ميكنند:
· MgO + SiO2 MgSiO2(1)
· 6MgO+P4O10 2Mg3(PO4) 2(1)
كوره توليد فولاد و جداكردن ناخالصي ها
معمولاً جداره داخلي كوره اي را كه براي توليد فولاد به كار مي رود، توسط آجرهايي كه ازماده كمك ذوب ساخته شده اند، مي پوشانند. اين پوششي مقداري از اكسيدهايي را كه بايد خارج شوند، به خود جذب مي كند براي جدا كردن ناخالصي ها، معمولاً از روش كوره باز استفاده مي كنند، اين كوره يك ظرف بشقاب مانند دارد كه درآن 100 تا 200 تن آهن مذاب جاي ميگيرد.
بالاي اين ظرف، يك سقف مقعر قرار دارد كه گرما را روي سطح فلز مذاب منعكس مي كند. جريان شديدي از اكسيژن را از روي فلز مذاب عبور مي دهند تا ناخالصي هاي موجود درآن بسوزند. دراين روش ناخالصيها دراثر انتقال گرما در مايع و عمل پخش به سطح مايع مي آيند و عمل تصفيه چند ساعت طول مي كشد، البته مقداري از آهن، اكسيد مي شود كه آن را جمع آوري كرده، به كوره بلند باز مي گردانند.
· روش بسمه:
دراين روش ناخالصي هاي موجود در چدن مذاب را به كمك بسوزاندن دراكسيژن كاهش داده و آنرا به فولاد تبديل مي كنند. پوشش جدار داخلي كوره بسمه از سيليس با اكسيد منيزيم و گنجايش آن درحدود 15 تن است. نحوه كار كوره به اين ترتيب است كه جرياني از هوا را به داخل چدن مذاب هدايت مي كنند، تا ناخالصي هاي كربن و گوگرد به صورت گازهاي SO2 و CO2 از محيط خارج شود و ناخالصي هاي فسفر و سليس موجود درچدن مذاب در واكنش با اكسيژن موجود در هوا به صورت اكسيدهاي غير فرار SiO2, P4O10 جذب جدارهاي داخلي كوره شوند و به تركيبات زودگداز MgSiO3, Mg3(PO4)2 تبديل و سپس به صورت سرباره خارج شوند. سرعت عمل اين روش زياد است به همين دليل كنترل مقدار اكسيژن موردنياز براي حذف دلخواه ناخالصي هاي چدن غير ممكن است و درنتيجه فولاد با كيفيت مطلوب و دلخواه را نمي توان به اين روش بدست آورد.
· روش كوره باز (با روش مارتن):
دراين روش براي جداكردن ناخالصي هاي موجود در چدن، از اكسيژن موجود در زنگ آهن يا اكسيد آهن به جاي اكسيژن موجود در هوا در روش بسمه (به منظور سوزاندن ناخالصي هايي مانند كربن، گوگرد و غيره) استفاده مي شود. براي اين منظور از كوره باز استفاده مي شود كه پوشش جدار داخلي آن از CaO , MgO تشكيل شده است و گنجايش آن نيز بين 50 تا 150 تن چدن مذاب است. حرارت لازم براي گرم كردن كوره از گازهاي خروجي كوره و يا مواد نفتي تأمين مي شود. براي تكميل عمل اكسيداسيون، هواي گرم نيز به چدن مذاب دميده مي شود. زمان عملكرد اين كوره طولاني تر از روش بسم است. از اين نظر مي توان بادقت بيشتري عمل حذف ناخالصي ها را كنترل كرد و در هر نتيجه محصول مرغوب تري به دست آورد.
· روش الكتريكي:
از اين روش در تهيه فولادهاي ويژه اي كه براي مصارف علمي و صنعتي بسيار دقيق لازم است، استفاده مي شود كه دركوره الكتريكي با الكترودهاي گرافيت صورت مي گيرد. از ويژگي هاي اين روش اين است كه احتياج به ماده سوختني و اكسيژن ندارد و دما را مي توان نسبت به دو روش قبلي بالاتر برد.
اين روش براي تصفيه مجدد فولادي كه از روش بسمه و يا روش كوره بار به دست آمده است، به منظور تبديل آن به محصول مرغوبتر، به كار مي رود. براي اين كار مقدار محاسبه شده اي از زنگ آهن را به فولاد به دست آمده از روشهاي ديگر، در كوره الكتريكي اضافه كرده و حرارت مي دهند. دراين روش، براي اين كار مقدار محاسبه شده اي از زنگ آهن را به فولاد به دست آمده از روشهاي ديگر، دركوره الكتريكي اضافه كرده و حرارت مي دهند. دراين روش، براي جذب و حذف گوگرد موجود در فولاد مقدار محاسبه شده اي اكسيد كلسيم و براي جذب اكسيژن محلول در فولاد مقدار محاسبه شده اي آلياژ فروسيلسيم (آلياژ آهن و سيلسيم ) اضافه مي كنند.
انواع فولاد و كاربرد آنها
از نظر محتواي كربن، فولاد به سه نوع تقسيم ميشود:
· فولاد نرم : اين نوع فولاد كمتر از 2/0 درصد كربن دارد و بيشتر در تهيه پيچ و مهره، سم خاردار و %8
با سلام چرا درباره روشهای محافظت از اهن اسفنجی در هنگام انبار کردن در کارخانجات ریخته گری صحبتی نشده؟
با سلام وعرض خسته نباشید درباره بکارگیری اهن اسفنجی درتولید فولاد به روش ذوب القایی موضوع می خواستم.باتشکر
با سلام
لطفا” بفرمایید میزان انبساط طولی شافت کلوخ شکن بالایی به چه میزان میباشد و در کدام جهت انبساط خواهد نمود ؟
سوی جک یا به سمت دیگر شافت؟
به عبارت دیگر کدام سمت شافت فیکس و کدام جهت قابل انبساط در طول میباشد؟