تولید آهن اسفنجی به روش SL/RN

تولید آهن اسفنجی به روش SL/RN

احیای مستقیم به هر فرآیندی که طی آن آهن از سنگ آهن در دمایی پاین تر از دمای ذوب ماده مورد نظر استخراج شود، طلاق می شود. آهن کاهش یافته (DRI) نام خود را از تغییرات شیمیایی که سنگ آهن تحت حرارت در کوره در دماهای بالا در حضور گازهای غنی از هیدروکربن، مونوکسید کربن و یا کربن عنصری به دست می آید گرفته است. گاز احیا کننده معمولا مخلوطی از گاز هیدروژن (H2) و کربن مونوکسید (CO) بوده و فرآیند در بازدهی دمایی بین ۸۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد انجام می شود. در این نوشتار به تولید آهن اسفنجی به روش SL/RN می پردازیم.

فرآیند کاهش مستقیم تقریبا به دو دسته گاز و ذغال سنگ تقسیم می شود. در هر دو مورد هدف از این فرآیند حذف اکسیژن موجود در اشکال مختلف سنگن آهن (سنگ معدن، کنستانتره، گندله، پوسته اکسیدی، گرد و غبار و غیره) به منظور تبدیل ماده اولیه به آهن فلزی، بدون ذوب کردن (زیر ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد) آن می باشد.

هم اکنون تولید به شیوه DRI با موفقیت در بخش های مختلف دنیا انجام می شود. زیرا سرمایه گذاری اولیه و هزینه های عملیاتی کارخانه های تولید آهن اسفنجی در مقایسه با کارخانه های فولاد یکپارچه کم و برای کشورهای در حال توسعه که در آن منابع ذغال سنگ محدود می باشند، مناسب است. پروفیل هایی نظیر میلگرد و تیرآهن را می توان از آهن اسفنجی یا DRI تولید نمود.

» نوشته مرتبط: آهن اسفنجی چیست

آهن اسفنجی درصد آهنی معادل با آهن قراضه (بیین ۹۰ تا ۹۴ درصد دارد). بنابراین ماده اولیه مناسبی برای استفاده در کارگاه های تولیدی کوچک بوده و امکان تولید گرید هایی با خلوص بالاتر با استفاده از قراضه هایی با خلوص پایین تر به وجود می آورد. آهن داغ بریکت شده (HBI) یک فرم فشرده از DRI بوده که قابلیت حمل و نقل، جابجایی و ذخیره سازی را دارد.

تاریخچه فلز آهن
بخوانید

شایان ذکر است روش DRI دارای مشکلاتی هم می باشد که از جمله آن می توان اشاره کرد آهن اسفنجی اگر در مقابله هوا و رطوبت محافت نشود و به دلیل حساسیت زیاد مجددا اکسید می گردد.

بالک آهن احتمال احتراق داشته زیرا خاصیت اشتعال زایی دارد. برخلاف آهن قراضه که تقریبا آهن خالص می باشد، آهن اسفنجی دارای ناخالصی سیلسیومی بوده و باید در فرآیند آن جداسازی شود.

منبع حرارتی

کک (درواقع کربن خالص) در کوره پخت با هوای داغ طی یک واکنش به شدت گرماده می سوزد که این واکنش سوختن منبع اصلی حرارت در کوره می باشد.

– واکنش ۱: CO2=C+O2

احیای سنگ آهن در دمای بالا و پایین کوره، کربن دی اکسید با کربن واکنش نشان داده و کربن مونوکسید تولید می کند.

– واکنش ۲: ۲Co=C+Co2

کربن مونکسید جز اصلی احیا کننده در کوره پخت می باشد.

– واکنش ۳: ۳Co+Fe=3Co+Fe2O3

در قیمت های داغ کوره، کربن به عنوان جز احیا کننده عمل می کند. توجه شود که در دماهای بالاتر، محصول جانبی به جای کربن دی اکسید، کربن مونوکسید می باشد.

– واکنش ۴: ۳Co+2Fe=3C+Fe2O3

آهن اسفنجی با استفاده از ذغال غیر کک شو از طریق فرآیند احیای سنگ آهن در کوره دوار تولید می شود. احیا در یک درجه حرارت از پیش تعیین شده و فشار اتمسفری کنترل شده صورت می پذیرد. مواد اولیه ورودی مانند سنگ آهن، ذغال کک نشو و مواد گدازنده مانند سنگ آهک یا دولومیت در اندازه های معین به کمک تغذیه کننده های وزنی و حجمی به داخل کوره دوار ریخته می شوند. به دلیل شیب و حرکت چرخشی کوره دوار، مواد ا ولیه به آهستگی از داخل کوره عبور کرده و طی واکنش های صورت گرفته به آهن اسفنجی تبدیل می شوند، سپس مواد به خنک کننده دوار وارد و در آن جا خنک می شوند.

برترین کشورهای تولیدکننده آهن و فولاد در سال 2021
بخوانید

درجه حرارت محصول خنک شده در حدود ۸۰ الی ۱۰۰ درجه سانتی گراد بوده که از خنک کننده تخلیه شده و سپس به سیستم جداسازی و جابجایی منتقل می شود. محصول که شامل آهن اسفنجی با مواد مغناطیسی مانند ذغال و غیره است توسط غربال به اندازه های مختلف جداسازی شده و سپس جدا کنده مغناطیسی جدا می شود، سپس آهن اسفنجی به یک مخزن ریخته شده و بیرون فرستاد می شود.

» نوشته مرتبط: آهن قراضه چیست

تولید آهن اسفنجی - تولید آهن اسفنجی به روش SL/RN
تولید آهن اسفنجی

بررسی فنی کوره

تمام واکنش های صورت گرفته در کوره استاوانه ای دوار حول محور خود و دارای شیبی ملایم (زیر ۵ درجه) نسبت به زمین رخ می دهد، سگ و یا گندله های هماتیتی و مگنتیتی با محتوای ذغال و سنگ آهک و یا دولومیت به کوره گردان وارد شده و ضمن حرکت در خلاف جهت جریان گاز، گرم شده و در دمایی حدود ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد تا حدود ۹۲ درصد احیا و به آهن اسفنجی تبدیل می شوند.

از ویژگی  های این روش، نصب لوله هایی در طول بدنه کوره دوار و نصب یک مشعل در محل خروجی آهن اسفنجی است. با این تجهیزات تنظیم دقیق درجه حرارت در طول کوره ممکن می گردد.

مزایا روش کوره دوار

تولید آهن اسفنجی حاوی کربن که می تواند در فولاد سازی مفید باشد، امکان استفاده از سنگ آهن های مختلف و به صورت های متفاوت نظیر نرمه سنگ، گندله ها و دانه های سنگ و کلوخه.

» نوشته مرتبط: کاربرد تیرآهن هاش

ویژگی های تولید آهن اسفنجی به روش SL/RN

  • احیا در این روش توسط کوره دوار انجام می شود.
  • می توان از ذغال سنگ کک نشو به عنوان عامل احیا کننده و سنگ آهن دولومیت به عنوان کمک ذوب استفاده کرد.
  • آهن اسفنجی سرد یا مذا از بار گندله یا کلوخه سنگ آهن، ماسه ساحلی، ایلمینت، FeTiO3، کربن و ذغال تولید می شود.
  • یکی از طرح های موفق برای کاهش مصرف انرژی می باشد.
  • حداکثر ظرفیت روش Sl/RN میزان ۵۰۰ تن در روز و حداقل ۱۵ هزار تن در ماه است و روش مناسبی برای بخش خصوصی و معادل سنگ آهن کوچک هماتیتی است. از مزیت های اصلی پروژه مذکور امکان استفاده از حرارت دود خروجی کوره و تولید ۱۲ مگاوات برق توسط واحد نیروگاه می باشد.
مروری بر فولاد سازی و روش های تولید فولاد (بخش دوم)
بخوانید

– منبع: به نقل از گزیده جهان فولاد / خداداد مطهری فر