در قسمت اول توضیح داده شد که توسعه تولید آهن به دو روش جداگانه انجام گرفته است. طریقه اصلی تولید در کوره بلند متمرکز بوده است. نیاز به توسعه و تحول در تولید کوره بلند ناشی از قیمت بالای زغال سنگ کک شو و سلول های کک سازی، تجهیزات اماده سازی بار و حجم زیاد عملیات کوره بلند بود. در نتیجه کوره بلند و تجهیزات آن برای تولید سالیانه ۲ تا ۳ میلیون تن و بیشتر اقتصادی گردیده است. این مسئله فرصتی برای توسعه روش های نوین تولید آهن در مقیاس کوچک تر (مثلاً حدود ۰٫۵ میلیون تن در سال) بود. عمده ترین این روش ها احیای مستقیم کانه های آهن با گاز طبیعی است. اگر چه فرایند احیای مستقیم با گاز طبیعی به علت افزایش قیمت گاز لازم، این فرایندها را در اروپا و امریکا از نظر اقتصادی با شکست مواجه کرد، اما روش احیای مستقیم بر مبنای زغال سنگ همچنان وجود داشته است. اما این روش ها نیز به خاطر عوامل فنی-اقتصادی از کاربرد محدودی برخوردارند. افزایش قیمت گاز طبیعی این فرصت را به وجود آورد تا فرایندهای نوینی ابداع گردند و اکنون بیشترین تلاش برای توسعه روش تولید آهن مذاب با استفاده از زغال سنگ به عنوان منبع حرارتی به جای روش های احیای مستقیم با گاز طبیعی متمرکز شده است.
مسائلی که باعث گرایش محققین و شرکت ها به این روش ها گردیده اند عبارتند از:
– کاهش هزینه سرمایه گذاری
– حجم کمتر عملیات
– افزایش قابلیت انعطاف واحدهای کوچک تر
– برتری از نظر آلودگی کمتر محیط زیست
احیای مستقیم سنگ آهن با زغال
در قسمت های قبلی، روش های احیای مستقیم سنگ آهن از نوع پایه گازی مثل میدرکس، اچ وای ال، پوروفر، پرد و قائم توضیح داده شد. در این روش ها، از گاز طبیعی (که قسمت اعظم آن متان است) به عنوان عامل احیا کننده و گرمازا استفاده می شود که در آن ها گاز طبیعی با شیوه های خاصی به گاز احیا کننده تبدیل می شود. در این قسمت می خواهیم از احیای مستقیم بر پایه زغال بنویسیم. در این روش ها از زغال سنگ های غیر کک شو به عنوان عامل احیای سنگ آهن استفاده می شود. این زغال ها در حین فرایند به گاز احیا کننده تبدیل می شوند. روش های زیادی برای احیای مستقیم با زغال ابداع و توسعه یافته است که از آن جمله می توان از فرایندهای اس.ال/آر.ان (SL/RN)، کودیر (Codir)، کروپ (Krupp)، دی.آر.سی (DRC)، ال.اس-فیور (LS-Fior)، جیندال (Jindal)، این متکو (Inmetco)، فست مت (Fastmet) و فست ملت (Fastmelt)، تی دی آر (TDR)، هوگاناس (Hoganas)، سیرکوفر (Circofer)، کومت (Comet) و همچنین ACCAR ،IT mk3T و غیره نام برد.
تعداد زیادی از این فرایندها با کوره دوار انجام می گیرد. فرایندهایی که توانسته اند در این زمینه به موفقیت برسند و صنعتی گردند، دارای یک سری ویژگی های مشترک می باشند که برخی از آن ها عبارتند از:
- سیستم آب بندی برای جلوگیری از ورود هوا به درون کوره.
- سیستم شارژ یا تزریق زغال از محل تخلیه در انتهای کوره.
- سیستم توزین ورودی و نسبت مواد خام
- سیستم ورود کنترل شده میزان هوا در فاصله معین از طول کوره، به نحوی که محصول احیاء شده در بستر کوره را اکسید نکند.
- سیستم سنجش دما در فواصل معین از طول راکتور و ثبت آن ها.
- سیستم خنک کاری غیر مستقیم مخلوط آهن اسفنجی۔ زغال در پوسته استوانه ای چرخان با استفاده از آب.
- سیستم فرآوری گازهای زائد و حفظ پروفیل مطلوب از طریق کنترل فشار.
عمدتاً در کوره های دوار از کانه زیر ۲۰ میلی متر برای تولید آهن اسفنجی استفاده می گردد. حدود ۲۵-۲۰٪ نرمه در حین فرایند خردایش مواد ایجاد می گردد. این نرمه ها سرند شده و دانه بندی ۱ – ۵ میلی متر آن به صورت پنوماتیک از انتهای محل تخلیه کوره شارژ می گردد. به کارگیری این نرمه ها در کل هزینه تولید را کاهش می دهد. فرض شده که زغال حاوی حدود ۲۰٪ خاکستر باشد. زغال شارژ شده نیز دارای دانه بندی کلی ۶-۲۵ میلی متر است. مازاد زغال به دست آمده از محل تخلیه کوره بازیابی می گردد تا مصرف زغال کاهش یابد. عمدتاً ۱۰٪ از زغال بازیابی شده به زغال ورودی اضافه شده و وارد کوره می گردد. سنگ آهک یا دولومیت به منظور جذب سولفور آزاد شده از زغال و جلوگیری از جذب آن توسط آهن اسفنجی به مواد ورودی کوره اضافه می گردد. دانه بندی این مواد بین ۱ – ۳ میلی متر تغییر می کند. سنگ آهک یا دولومیت باید عاری از غبار باشد، زیرا این همراه با خاکستر اسیدی زغال، تمایل به چسبیدن به دیواره کوره داشته و باعث تشکیل حلقه در بدنه کوره می گردد.
نقاط قوت کوره های دوار عبارتند از:
- کوره دوار می تواند شارژ جامد را در حین حرارت دهی و احیاء، مخلوط سازی نماید. مخلوط سازی همزمان به رقیق کردن CO2 تشکیل شده در اطراف ذرات سنگ آهن / آهن اسفنجی کمک می کند، که برای پیشبرد واکنش ها ضروری است.
- چون فضای زیادی در بالای بستر شارژ فلزی وجود دارد (حدود ۸۵٪)، کوره دوار می تواند گاز مملو از غبارات سنگین را تحمل کند. با طراحی مناسب کوره، امکان استفاده از زغال غیرکک شو با خاکستر بالا امکان پذیر است. در راکتورهای شافتی، تولید این مقدار غبار منجر به خفه و کانالیزه شدن گاز می شود که در نهایت باعث مشکلات فرایندی می گردد.
- کوره دوار می تواند برای دو هدف گازی کردن زغال و نیز احیای کانه به کار رود. تهیه گاز احیایی از زغال مرحله گرانقیمتی است که باعث تجاری شدن فرایندهای احیای مستقیم با گازی کردن زغال شد. بنابراین فرایندهای احیای مستقیم کوره دوار از لحاظ تجاری رشد یافته است.
- در مقایسه با کوره بلند، دمای احیای اکسید آهن در کوره دوار اندکی پایین تر است (حدود ۱۰۰۰ در مقایسه با ۱۵۰۰ – ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد). این بدان معناست که انرژی کمتری برای رساندن واکنش دهنده ها تا دمای واکنش، لازم است.
مزایای محصول کوره های دوار تولید آهن اسفنجی عبارتند از:
- سولفورزدایی سنگ آهن در حین تولید آهن اسفنجی، ساده است. در نتیجه آهن اسفنجی با مقدار گوگرد پایین تری در مقایسه با مذاب کوره بلند می توان تولید کرد. برای فرایندهای احیای مستقیم کوره شافتی، سولفورزدایی گاز طبیعی و گاز فرایند، به منظور جلوگیری از مسموم شدن کاتالیست مورد استفاده در ریفورمینگ ضروری است.
- آهن اسفنجی تولیدی در کوره های دوار دارای دانه بندی کوچک تری است که این اجازه شارژ مداوم آن در کوره های الکتریکی یا سایر انواع کوره ها را بدون نیاز به باز و بسته کردن سقف کوره می دهد. شارژ مداوم اجازه تصفیه جزئی مواد در حین عبور آن ها از لایه سرباره را می دهد. اگر انرژی ذوب کردن کافی وجود داشته باشد، زمان تصفیه و نیز زمان بهره برداری به طور قابل توجهی کاهش می یابد.
ضعف های فرایند کوره دوار:
- قابلیت تولید بسیار پایین. کوره های شافتی با حجم داخلی مشابه، ۵ برابر بیشتر از کوره دوار تولید آهن اسفنجی می کند.
- چرخش راکتور، کنترل پیوسته فرایند و سیستم های کنترل فرایند را مشکل می سازد. صرفه جویی انرژی نیز بسیار مشکل است.
- برای جلوگیری از ورود هوای اتمسفر به داخل کوره، سیستم آب بندی دقیقی مورد نیاز است که از لحاظ مهندسی بسیار پیچیده است.
- این فرایندها بازدهی انرژی پایینی دارند.
- فرایندهای کوره دوار مقداری نرمه آهن اسفنجی تولید می کند که استفاده از آن ها در کوره های الکتریکی مشکل است. در حالی که مقداری از نرمه های تولیدی به دلیل طبیعت سنگ آهن استفاده می شود، به دلیل غلتیدن مواد بر روی یکدیگر در کوره دوار، میزان خردایش آهن اسفنجی نیز بیشتر می گردد.
ضعف های آهن اسفنجی تولیدی در کوره دوار عبارتند از :
- برای شارژ در کوره های الکتریکی در مقادیر قابل توجه، نیاز به نصب سیستم شارژ مداوم می باشد. این به معنای هزینه اضافی برای واحدهایی است که این تجهیزات را ندارند.
- آهن اسفنجی تولیدی در کوره های دوار دارای کربن پایین تری (معمولاً ۰٫۲%) نسبت به آهن اسفنجی کوره های شافتی (۰٫۷-۲%) یا مذاب کوره بلند می باشند. کربن آهن اسفنجی نه تنها به افزایش کربن مذاب کمک می کند، بلکه حامل انرژی شیمیایی نیز هست که منجر به کاهش مصرف برق در کوره های الکتریکی می شود.
- آهن اسفنجی کوره های دوار مقدار گانگ و فسفر بیشتری نسبت به آهن اسفنجی کوره های شافتی دارند، که عمدتاً به دلیل این است که ورودی کوره های شافتی بهتر است.
- در مقایسه با چدن و قراضه، آهن اسفنجی در معرض اکسیداسیون مجدد می باشند که محصول کوره های دوار از این قاعده مستثناء نیست.
فرایند اس.ال/آر.ان (SL/RN)
نوشته در حال تکمیل …
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.