تولید آهن اسفنجی در فرایندهای احیای مستقیم آهن – قسمت دوم

در قسمت قبلی این مطلب نوشتیم که گندله سازی یکی از مراحل مهم و اصلی تولید آهن است. از آنجایی که مصرف کنسانتره سنگ آهن نرمه، عملکرد واحدهای احیای مستقیم و کوره بلند را مختل می کند، آن را قبل از استفاده، در واحدهای گندله سازی به شکل گلوله های آهنی با هندسه، ابعاد، تخلخل، استحکام و ویژگی های حرارتی یکنواخت به نام گندله یا پلت (Pellet) تبدیل می کنند. گندله سازی شامل مراحل آماده سازی مواد اولیه، مخلوط کردن مواد اولیه، تولید گندله خام، پخت گندله خام و دانه بندی گندله ها است که در قسمت قبلی، توضیحاتی در خصوص آن ها ارائه شد.

روش های گندله سازی:

روش های مختلفی برای گندله سازی وجود دارد که مهم ترین آن ها عبارتند از:

روش آلیس چالمرز
روش لورگی
روش متسو

در این سه روش گندله سازی، مراحل آماده سازی مواد خام، مخلوط سازی و رطوبت دهی تقریباً یکسان است و تفاوت آن ها در مراحل تولید گندله خام، پخت و سردسازی آن است.

روش متسو از نظر تولید و پخت گندله خام با دو روش دیگر متفاوت است. در این روش، مواد خروجی از مخلوط کن به طرف یک ظرف استوانه ای هدایت می شود و در اثر دوران این ظرف گندله خام تولید می شود. در صورتی که در روش های آلیس چالمرز و لورگی، مواد خروجی از مخلوط کن به یک دیسک هدایت می شود که در اثر دوران و غلطش مواد بر روی هم گندله خام تولید می شود. البته بد نیست بدانید که استفاده از ظرف استوانه ای در تولید گندله خام در حال حاضر تقریباً منسوخ شده است و تولید گندله خام در ظروف دیسکی شکل انجام می گیرد.

دیسک های گندله سازی فولاد مبارکه اصفهان

در بخش پخت نیز روش متسو با دو روش دیگر متفاوت است. در روش متسو گندله خام وارد کوره عمودی شده و در اثر واکنش با هوای گرم مراحل خشک شدن، پیش گرم شدن و پخت را طی می کند. این سیستم نیز در حال حاضر سهم اندکی در بازار دارد. سیستم آلیس چالمرز و لورگی در بخش خشک سازی و پیش گرم کردن گندله خام به طور یکسان عمل می کنند و اختلاف تنها در بخش پخت و سرد سازی می باشد. در واقع در سیستم لورگی عملیات خشک کردن، بیش گرم کردن، پخت و سرد سازی همه در شبکه متحرک انجام می شود. در صورتی که در روش آلیس چالمرز عملیات خشک سازی و بیش گرم کردن در شبکه متحرک ولی عملیات پخت و سرد سازی به ترتیب در کوره دوار و خنک کن دوار انجام می گیرد. سیستم آلیس چالمرز خود به دو شیوه چینی و آمریکایی تقسیم می شود. از نظر پروسه هر دو حالت یکسان می باشد ولی تفاوت آن ها در این است که در سیستم چینی جمع آوری ضایعات از جمله غبارها و گندله های ریزدانه و غیره از طریق سیستم پنوماتیک انجام می شود. در صورتی که در سیستم آمریکایی، این مواد به صورت دوغاب درآمده و سپس جمع آوری می شوند.

روش های آلیس چالمرز و لورگی در گندله سازی کنسانتره سنگ آهن در جهان و ایران بسیار معمول بوده و نزدیک به ۹۰ درصد کارخانه های گندله سازی از این روش ها استفاده می کنند.

آهن اسفنجی

در قسمت قبلی این مطلب نوشتیم که پایه و اساس روش های مختلف احیای مستقیم برای تولید آهن، اکسیژن زدایی گندله های اکسید آهن با استفاده از گاز طبیعی یا زغال سنگ غیر کک شو است. محصول کوره ها و راکتورهای واحدهای احیای مستقیم، گندله های جامد اولیه ولی با ساختار متخلخل و اسفنجی شکل است که به آن آهن اسفنجی (Sponge Iron) یا آهن احیای مستقیم (DRI: Direct Reduced Iron) می گویند. در واقع آهن اسفنجی همان گندله های اکسید آهن اکسیژن زدایی شده است که البته اکسیدهای غیرآهنی و ناخالصی های سنگ آهن یا پسکانه ها هنوز در آن باقیمانده و احیا نشده است. آهن اسفنجی تولیدی در واحدهای احیای مستقیم می تواند در کوره بلند، کنورتور، کوره های قوس الکتریکی و القایی مورد استفاده قرار بگیرد. آهن اسفنجی به منظور فولادسازی و تولید محصولات فولادی در کوره های الکتریکی مصرف زیادی دارد. برای مثال واحدهای فولادسازی بزرگ کشور مانند فولاد خوزستان و فولاد مبارکه عمدتاً از آهن اسفنجی جهت شارژ کوره های خود (در حدود ۸۰ تا ۹۰ درصد شارژ ورودی به کوره) استفاده می کنند.

آهن اسفنجی

مزایای استفاده از آهن اسفنجی

موارد زیر به عنوان مزایای استفاده از آهن اسفنجی به جای قراضه آهنی در کوره های الکتریکی در وب سایت شرکت آهن و فولاد غدیر ایرانیان ذکر شده است :

استمرار یکنواختی آنالیز در محصول

وجود گوگرد و فسفر کمتر در آهن اسفنجی نسبت به آهن قراضه

با مصرف و شارژ توام آهن اسفنجی و قراضه در کوره های قوس الکتریکی و القائی از میزان ناخالصی ها و عناصر گوگرد و فسفر در حد قابل ملاحظه ای کاسته می شود. با دقیق کردن ترکیب شارژ آهن اسفنجی و قراضه نیاز به عملیات تصفیه مذاب کمتر شده و در نتیجه عملیات متالوژیکی در داخل کوره آسان تر انجام شده و بهره وری کوره بالا می رود.

با جایگزینی آهن اسفنجی به جای قراضه، میزان مس، کروم، تنگستن، سرب، قلع و روی و سایر عناصر مزاحم و مضر در چدن و فولاد مذاب کاهش یافته و کیفیت و خواص مکانیکی محصولات ریخته گری و فولادی افرایش می یابد.

کاهش میزان نیتروژن در مذاب فولاد باعث می شود تا تختال و شمش های با کیفیت به مراتب بهتر جهت تولید ورق های گرم، وایر و انواع محصولات دیگر تولید شود.

سهولت انبارسازی، انتقال و شارژ آهن اسفنجی در کوره الکتریکی و عدم نیاز به تجهیزات و ماشین آلات سنگین نظیر جرثقیل و لودر برای جابجایی مواد

امکان شارژ مداوم آهن اسفنجی گرم در کوره های الکتریکی و به تبع آن کاهش مصرف انرژی و زمان ذوب

تغذیه مستمر آهن اسفنجی به کوره های برقی فولاد سازی در مقایسه با شارژ صد در صد قراضه در همان شرایط امکان افزایش قدرت الکتریکی ورودی به کوره را بالاتر برده و در نتیجه زمان ذوب کاهش یافته و راندمان تولید فولاد را افزایش می دهد. به دلیل ماهیت ناهمگون قراضه و تغییر پیوسته طول قوس بین الکترود و قراضه شارژ شده به کوره، نوسانات شدید و هارمونیک های مزاحم و فیلکرهای زائد کارکرد کوره های الکتریکی و پایداری شبکه انتقال قدرت را مختل می نماید.

شارژ مستمر آهن اسفنجی موجب می شود تا برق مصرفی حدود ۱۵ کیلو وات در ساعت به ازاء هر تن مصرف آهن اسفنجی و با استفاده از ترانسفورماتورهای UHP کاسته شود.

مصرف مستمر آهن اسفنجی باعث می شود تا کوره های الکتریکی عملیات سرباره گیری به آسانی صورت گیرد.

عدم نوسان برق مصرفی در کوره های الکتریکی

تامین بخشی از انرژی الکتریکی مورد نیاز در کوره های برقی به وسیله کربن موجود در آهن اسفنجی

یکی دیگر از مواردی که باعث کاهش انرژی مصرفی به ازای هر تن تولید می شود، کربن موجود در آهن اسفنجی است. با شارژ آهن اسفنجی و با کربن مناسب (معمولاً بیشتر از ۱٫۵ درصد) انرژی مصرفی حدود ۵ کیلو وات ساعت کاهش می یابد.

کاهش میزان شکست الکترود و سایش دیواره آن در کوره های قوس الکتریکی

استفاده از آهن اسفنجی در مقایسه با قراضه به دلایل زیر موجب کاهش مصرف الکترود می‌شود:

– سقوط قراضه منجر به افزایش شکستگی الکترود می شود که در زمان استفاده از آهن اسفنجی این اتفاق رخ نخواهد داد.

– با استفاده از آهن اسفنجی به دلیل میزان بالای منوکسید کربن (CO) در کوره باعث کاهش اکسیداسیون الکترود می‌گردد.

– کاهش آسیب‌دیدگی نسوز کف و جداره کوره و همچنین پانل‌های آبگرد دیواره و سقف در کوره‌های قوس الکتریکی و القائی

کاهش خطرات آلودگی های اطراف کوره های ذوب (ناشی از انفجار قراضه های مرطوب و آلوده به روغن و مخازن و محفظه های بسته و یا گالوانیزه که احتمال خطرات ناشی از بخارات روی، سرب، قلع و سایر فلزات وجود دارد)

مصرف پایین اکسیژن

– با مصرف آهن اسفنجی و با توجه به ورود اکسیژن از اکسیدهای احیا نشده آهن به کوره، میزان اکسیژن تزریقی به کوره کاهش می‌یابد.

– اکسید آهن احیا نشده در آهن اسفنجی به حدی کافی است که می تواند نیازهای سرباره به اکسیدهای آهن را تأمین نماید.

نظر به این که قراضه دانسیته ظاهری کمتری نسبت به آهن اسفنجی دارد لذا مصرف آهن اسفنجی باعث کاهش تعداد سبدهای آهن قراضه شارژ شده به کوره شده و باعث کاهش زمان ذوب و افزایش راندمان کوره های برقی خواهد شد.

آهن اسفنجی

برخی از ویژگی های مشخصه ی آهن اسفنجی عبارت است از:

تخلخل زیاد به علت حذف قسمت اعظم اکسیژن کانه به وسیله مواد احیا کننده (گازهای تولید شده از گاز طبیعی یا زغال سنگ و کک)
ثابت ماندن شکل ظاهری گندله یا سنگ آهن خرد شده
وزن مخصوص ظاهری کم و سطح ویژه زیاد
عدم احیای اکسیدهای غیرآهنی و پسکانه ها (ناخالصی های سنگ آهن) و باقی ماندن آن ها در آهن اسفنجی

این نوشته در حال تکمیل است …