دانلود مقاله بررسی تولید آهن به روش اسفنجی

مقاله بررسی تولید آهن به روش اسفنجی در 32 صفحه ورد قابل ویرایش

دسته بندی فنی و مهندسی
فرمت فایل doc
تعداد صفحات 32
حجم فایل 25 کیلو بایت
برای دانلود فایل بر روی دکمه زیر کلیک کنید

دریافت فایل

مقاله بررسی تولید آهن به روش اسفنجی در 32 صفحه ورد قابل ویرایش

فهرست مطالب

مقدمه ?
تجهیزات انتقال بار به کوره احیا و تخلیه آهن اسفنجی از کوره به روش میدرکس ?
تجهیزات کوره احیا به روش میدرکس ??
کوره احیا به روش میدرکس ??
درجه حرارت و فشار در کوره احیا ??
توزیع گاز سرد کننده آهن اسفنجی در کوره احیا ??
خوشه شکنهای کوره احیا ??
پاروی تخلیه آهن اسفنجی در کوره میدرکس ??
تولید گاز احیا کننده به روش میدرکس ??
ساختمان راکتور تولید گاز احیا کننده به روش میدرکس ??
لوله های راکتور گاز احیا کننده به روش میدرکس ??
کنترل راکتور تولید گاز احیا کننده (رفورمر) به روش میدرکس ??
کاتالیزور و مواد خنثی در لوله های راکتور تولید گاز احیای کننده به روش میدرکس ??
بازیاب حرارتی (رکوپراتور) واحد میدرکس ??
سیستم شستشوی گاز خروجی کوره احیا و گاز سرد کننده آهن اسفنجی به روش میدرکس ??
کمپرسور گاز خروجی و گاز سرد کننده به روش میدرکس ??
سیستم تولید و مصرف گاز خنثی به روش میدرکس ??
سیستم آبرسانی واحد میدرکس ??
ویژگی گاز احیا کننده ، گاز خروجی و گاز سرد کننده یک واحد میدرکس ??
موازنه انرژی و مواد در یک واحد میدرکس ??
ویژگی های چند واحد میدرکس ??
ویژگیهای واحدهای میدرکس مجتمع فولاد اهواز ??
تولید آهن اسفنجی به روشهای اچ وای ال یک و دو ??
کوره های تولید آهن اسفنجی به روش اچ وای ال یک و دو در دوره تخلیه آهن اسفنجی ??
مراحل تولید آهن اسفنجی در واحد اچ وای ال یک و دو ??
حرارت لازم برای تولید بخار آب در روش اچ وای ال ??
میزان گاز لازم در روش اچ وای ال یک ودو ??
تولید آهن اسفنجی به روش اچ وای ال سه ??
احیای سنگ آهن به روش اچ وای ال سه ??
بررسی کلی مطالب ??
استاندارد AISI 39
استاندارد آلمانی DIN 42
فولادهای غیر آلیاژی ??

 

مقدمه

از بین روشهای صنعتی احیای مستقیم كانه های آهن كه از گاز طبیعی استفاده می كنند ، تولید اهن اسفنجی به روش میدركس توسعه چشم گیری داشته است . باردهی مداوم آهن اسفنجی به صورت سرد یكی از روش میدركس می باشد . واحدهای متعددی به این روش در دهه اخیر در كشورهای مختلف تاسیس و شروع به كار كرده اند .

ابداع روش میدركس به وسیله D .Beggs w .t .marton و تحقیقات لازم برای توسعه آن از سال 1965 میلادی درشركت  میدلند- روس انجام گرفت . در سال 1976 میلادی یك واحد احیای مستقیم آزمایشی با تولیدی برابر 5/1 تن آهن اسفنجی در ساعت در توله دو واقع در اوهیو و سپس واحد دیگری به ظرفیت سالیانه 150هزار تن در پرتلند ، آمریكا تاسیس شد كه در سال 1969 میلادی شروع به تولید كرد . متعاقباً ، واحدهای دیگری در چرجتاون آمریكا و در كارخانه فولادسازی هامبورگ، تاسیس شدند كه در سال 1971 میلادی راه افتادند . واحد بعدی سیدبك رد كانادا بود كه در سال 1973 میلادی راه اندازی شد . در ژانویه 1974 میلادی ، اجازه ساخت كارخانه های تولید آهن اسفنجی به روش میدركس به گروهفولاد كورف واگذار شد.

در كشورهای پیشرفته صنعتی مانند آمریكا و آلمان فدرال، كانادا ، اتحاد جماهیر شوروی و نیز كشورهایی كه دارای منابع غنی گاز طبیعی هستند ، در دهه گذشته از تولید آهن اسفنجی به روش میدركس استقبال كرده اند .

مضافاً به اینكه ابعاد و ظرفیت تولید آهن اسفنجی كوره های احیا در واحدهای میدركس گسترش چشمگیری یافته است و مثلاً قطر كوره  احیا در مدول 200 ، 6/3 متر ، قطر كوره احیا در مدول 400 ، 88/4 متر ، ظرفیت روزانه نسل اول آن مدول 1000 و ظرفیت روزانه نسل دوم آن 1250 تنبودهاست اما قطر كوره احیا در مدول 400 به 5/5 متر و ظرفیت روزانه آن به حدود 1700 تن اهن اسفنجی افزایش یافته است . به عقیده سازندگان واحدهای میدركس  گسترش ظرفیت كوره های احیا به دلایل اقتصادی ممكن می باشد . گرچه در این زمین دلایل كافی در دست نیست ولی این امر طبیعی به نظرمی رشد .

در اغلب روشهای صنعتی تولید آهن اسفنجی به روش میدركس ، گاز طبیعی به عنوان عامل احیا كننده و گرما زا مصرف می شود . یك واحد میدركس از دو قسمت اصلی تشكیل می شود :

قسمت اول ، تجهیزات لازم برای تبدیل گاز طبیعی به گاز احیا كننده .

قسمت دوم ،تجهیزات لازم برای احیای كسیدهای آهن توسط گاز احیا كننده .

 تولید آهن اسفنجی  گاز احیا كننده به روش میدركس مداوم است . درزیر باختصار تجهیزات واحدهای میدركس تشریح می شود .

ذكر این نكته ضروری است كه چون تجهیزات واحدهای مختلف و نیز ویژگی احیا به این روش در دهه گذشته تغییرات زیادی داشته لذا خصوصیات ارائه شده در زیر مربوط به واحدهایی است كه ویژگی آنها در منابع منتشر شده و برای كلیه واحدهای میدركس عمومیت ندارد .

تجهیزات انتقال بار به كوره احیا و تخلیه آهن اسفنجی از كوره به روش میدركس

در سیستم میدركس ، بار گندله یا سنگ آهن خرد شده پیش از ورود به سیلوهای روزانه سرند می شوند. دانه بندی بار برای كوره از این قرار است :

بار درشتر از 50 میلیمتر

بار بیشتر از 6تا50 میلیمتر

بار بین 3 تا 6 نیلیمتر

و بار زیر 3 میلیمتر

بار با دانه بندی 6 تا 50 میلیمتر و 3 تا 6 میلیمتر به نسبت معینی در كوره احیا تغذیه می شود . برای دانه بندی گندله و یا سنگ آهن خرده شده و به روش میدركس تجهیزاتی پیش بینی شده است . همچنین آهن اسفنجی تولید شده در كوره احیا پیش از ورود به سیلوها و مصرف مستقیم سرند می شوند و نرمه آن در برخی از واحدها به خشته تبدیل شده و در برخی مستقیماً در كوره های قوس الكتریكی به مصرف       می رسد . طرح برخی از تجهیزات انتقال گندله و سنگ آهن خرد شده به كوره و نیز آهن اسفنجی به صورت گندله و یا كلوخه در می آید .

در یك میدركس بار به وسیله نوار نقاله از سیلوهای روزانه به مخزن تغذیه قیف مانندی كه در بالای كوره قرار گفته ،تخلیه میگردد . این مخزن در واحدهای میدركس مستقر در مجتمع فولاد اهواز 75 متر مكعب گنجایش دارد . هنگامی كه نوار نقاله كار نمی كند ، گندله این مخزن به عنوان ذخیره مورد استفاده قرار می گیرند .ضمناً گندله می تواند توسط یك اسكیپ بالا برنده (به جای نوار نقاله ) در این مخزن تخلیه گردد .

سطح مواد در مخزن بالای كوره از طریق میله ای رادیو اكتیو تعیین می گردد. این میله از طرفی با سطح بار و از طرف دیگر با سیستم كنترل در تماس می باشد و سطح بار به طور اتوماتیك اندازه گیری می گردد . در صورتی كه گندله در این مخزن در چهار سطح زیر باشد . سیستم كنترل علائم هشدار دهنده ذیل را مخابره می كند :

1-بالاترین سطح بار:         اخطار داده می شود

2-پر                   :      دستور توقف نوار نقاله تغذیه كننده بار به مخزن صادر

                                می گردد.

3-خالی               :    دستور كارنوار نقاله تغذیه كننده باربه مخزن صادر میشود .

4-پایین ترین سطح:   تخلیه كوره متوقف و اخطار لازم داده می شود .

مخزن بالای كوره توسط لوله نسبتاً طویلی به قسمت توزیع كننده بار (آپولو) ارتباط دارد. چون مخزن تغذیه بار در بالای موره روباز است ، لذا برای جلوگیری از داخل كوره جریان دارد و فشارآن به طور اتوماتیك كنترل می گردد . به این وسیله از نشت گاز احیا كننده كوره به خارج جلوگیری به عمل می آید . گاز خنثی نیز به علت طویل بودن لوله های رابط بین مخزن تغذیه بار و 12 لوله توزیع كننده بار در كوره به خارج كوره نفوذ نمی كند . مضافاً به اینكه زیر مخزن تجهیزاتی برای آب بندی گاز پیش بینی شده است كه از این قرار می باشند :

1-       دریچه كشوئی هیدرولیكی كه در هنگام خالی شدن مخزن به طور اتوماتیك بسته می شود و از خروج گاز به خارج جلوگیری به عمل     می آورد .

2-       فلانچها كه برای جلوگیری از خروج گاز نصب شده و در مواقع اضطراری آنها به وسیله بازوی هیدرولیكی از هم باز و یك صفحه به وسیله دست بین آنها قرار داده می شود .

3-                  یك كمپنزاتور كه برای تعدیل انبساط حرارتی كوره پیش بینی شده است .

توزیع یكنواخت گدله در كوره احیا برای جریان یكنواخت گاز احیا كننده در بین گندله ها  از اهمیت خاصی برخوردار است . با احیای بار گندلهدر كوره ، درجه فلزی آن بالا می رود ، درجه فلزی آهن اسفنجی تولید شده در كورههای میدركس حدود 92 در صد و اكسید آهن احیا نشده در آهن اسفنجی به صورت وسیت می باشد .

در شروع راه اندازی كوره احیا ، بار به میزان كافی احیا نمی گردد . لذا درجه فلزی آهن اسفنجی تولید شده كافی نیست به این علت بار مجدداً به كوره برگشت داده می شود . مسیر جریان بار برگشتی به كوره نیز می شود .

گندله های آهن اسفنجی سرد پس از خروج از كوره سرند می گردند . میزان نرمه آهن اسفنجی زیر 5 میلیمتر در روند احیا به روش میدركس حدود 2/0 در صد است . نرمه می تواند مستقیماً یا پس از خشته شدن در واحد فولاد سازی مصرف می گردد . آهن اسفنجی درشتر از 50 میلیمتر خرد و همراه سایر گندله ها به مخزن ذخیره حمل ودر آنجا انبار می شوند . طرح تجهیزات دانه بندی گندله های آهن اسفنجی  داده شده است .  همچنین سیلوهای ذخیره آهن اسفنجی دیده می شود . در این مخازن برای جلوگیری از اكسایش گندله ها ، گازی خنثی جاری است .
تجهیزات كوره احیا به روش میدركس

واحدهای صنعتی احیای مستقیم كه به روش میدركس آهن اسفنجی تولید می كنند در دهه گذشته به سرعت تكامل یافته اند . در این بخش كوشش می شود باختصار تجهیزات كوره های تولید آهن اسفنجی به روش میدركس كه مشابه آنها در مجتمع فولاد اهواز مستقر هستند و یا در مباركه مستقر خواهند شد بررسی شود .
كوره احیا به روش میدركس

كوره احیا در روش میدركس از یك قسمت فوقانی و یك قسمت تحتانی تشكیل شده است . قسمت فوقانی كوره كه منطقه اصلی احیا    می باشد، استوانه ای به قطر 8/4 تا 5 متر و ارتفاع 9 متر است كه حجم مفید آن حدود 220 متر مكعب می باشد ، اما كل ارتفاع كوره 12 تا 14 متر می باشد .

بار به صورت سنگ آهن خزد شده یا گندله سنگ آهن از بالای كوره به طرف پایین جریان داشته و در مدتی حدود 5/6 ساعت در منطقه  احیا به وسیله گاز احیا كننده به اهن اسفنجی تبدیل می شود . گاز احیا كننده از بالای كلوخه شكنهای فوقانی ازطرق لوله كمربندی وارد كوره شده ودرخلاف جهت نزول بار ، جریان می یابد . گاز كم كم سرد و پس از حذف رطوبت گندله ، آن را احیا و خود تا اندازه ای اكسید می شود . طرح لوله كمربندی برای توزیع گاز احیا كننده در كوره آمده  است .
درجه حرارت و فشار در كوره احیا

احیای اكسیدهای آهن به روش میدركس به طور كلی بر اساس واكنش زیر انجام می شود :

1-                 Fe2o3 +3h2 = 2fe+3H2O

2-                           Fe2o3+3co=2fe+3vo2

جداره داخلی كوره توسط نسوزهای مقاوم در برابر سایش و مواد عایق پوشانده شده است تا از تلفات حرارتی كوره تا اندازه ای كاسته شود، مع هذا دمای دیواره خارجی كوره حدود 100 درجه سانتیگراد می باشد . تغییر دمادر طول كوره احیا به صورت شماتیك نشان داده شده است.ملاحظه می گردد كه درجه حرارت در قسمت عمده طول كوره تا اندازه ای ثابت می باشد .

كوره های تولید آهن اسفنجی به روش اچ وای ال یك و دو در دوره تخلیه آهن اسفنجی

چون بستر بار در كوره های واحد اچ وای ال یك و دو در تمام دوره احیای گندله های سنگ آهن و نیز سرد كردن آهن اسفنجی ثابت می باشد ، لذا ، احتمال به هم چسبیدن ، گندله های آهن اسفنجی و خوشه شدن آنها زیاد است . هنگام تخلیه آهن اسفنجی از كوره دریچه خروج بار باز می شود و گندله های آهن اسفنجی به مخزن آهن اسنجی واقع در پایین كوره می ریزند .

هرگاه گندله های آهن اسفنجی درون كوره به یكدیگر چسبیده باشند ، بازوی هیدرولیكی كه در پایین كوره قرار دارد به داخل كوره وارد می شود . گندله های به هم چسبیده در اثر حركت رفت وبرگشتی و دورانی این بازو در كوره از یكدیگر جدا می شدند و به این وسیله امكان تخلیه آنها فراهم می گردد .
مراحل تولید آهن اسفنجی در واحد اچ وای ال یك و دو

گاز احیا كننده تولید شده به روش اچ وای ال در راكتور تبدل گاز طبیعی ، نخست از یك مبدل حرارتی كاهنده دما و شستشو دهنده گذشته و دمای آن تا حدود 230 درجه سانتیگراد پایین می آید . در این مرحله  ، مقداری از بخار آب و گاز كربنیك آن حذف و در نتیجه میزان درصد هیدروژن و اكسید كربن آن افزایش می یابد . از حرارت این گاز جهت تولید بخار استفاده می شود  گاز احیا كننده مزبور وارد كوره ای می شود كه گندله كانه آهن به طور كامل احیا شده و آهن اسفنجی در دوره سرد كردن است . در این فرایند ، همان طور كه پیش از این اشاره شد، عملكردهای زیر تواماً انجام می شود :

-آهن اسفنجی سرد می شود

-آهن اسفنجی كربن می گیرد و حتی بر سطح آن دوده می نشیند

-گاز احیا كننده گرم می گردد .

 

در این روند ، مقدار در صد گاز كربنیك گاز احیا كننده كمی افزایش می یابد.  لذا، پس از عبور از برج شستشو دهنده مقداری از بخار آب و گاز كربنیك آن حذف و مجدداً در راكتور پیش گرم كننده گاز تا دمای 800درجه سانتیگراد گرم می شود . قسمتی از این گاز در مشعلهای نصب شده در محفظه احتراق كوره های احیا سوخته  و پیش از مصرف ، دمای آن به حدود 1040 درجه سانتیگراد و درجه اكسید كنندگی آن به حدود 12 درصد می رسد .

این گاز از بالای كوره ای كه گندله های كانه آهن نیمه احیا شده از دوره پیش در آن موجود است ، وارد می شود . عملكرد احیای گندله ها با این گاز آنقدر ادامه  می یابد تا درجه فلزی آهن اسفنجی به حد معینی برسد . گاز احیا كننده در این روند از قسمت پایین كوره خارج می شود . این مرحله را احیای نهایی گندله های كانه آهن می نامند .

بهره شیمیایی از گاز احیا كننده خارج شده از كوره خارج شده از كوره فوق الذكر در مرحله احیای نهایی ، كافی نیست . به این دلیل در صد زیادی هیدروژن و اكسید كربن در گاز احیا كننده هنوز باقی است . لذا پس از شستشو و گرم شدن تا حدود دمای 800 درجه سانتیگراد در راكتور پیش گرم كننده گاز ، قسمتی از آن در مشعلهای محفظه احتراق كوره بعدی كه گندله سنگ آهن تازه در آن بار شده ،          می سوزد و دمای آن به 1040 درجه سانتیگراد می رسد . این گاز احیا كننده نیمه مصرف شده در بالای كوره فوق الذكر  وارد و گندله های سنگ آهن تازه بار شده را تا حدودی احیا می كند . گاز خروجی از این كوره نیزحاوی مقداری هیدروژن و اكسید كربن است . این گاز نیز پس از شستشو حهت تامین سوخت راكتورهای حرارتی مصرف می گردد . ولی چون انرژی حرارتی آن كافی نیست مقداری گاز طبیعی به آن اضافه می شود .

 كوره شماره 1 در دوره تخلیه آهن اسفنجی یا بار كردن گندله سنگ آهن ،كوره شماره 2 در دوره سرد كردن آهن اسفنجی و كربن دادن به آن و كوره های شماره 3و 4 در دوره احیا هستند .  گاز احیا كننده به ترتیب از كورههای شماره 2و3و4 عبور می كند و سپس به عنوان سوخت در مشعلها به مصرف می رسد . در این مرحله از كار واحد اچ وای ال مشعل كوره شماره 2 كه در دوره سرد كردن آهن اسفنجی و كربن دادن به آن است و نیز كوره شماره 1 كه در دوره تخلیه آهن اسفنجی یا بار كردن گندله سنگ آهن هستند ، خاموش می باشند . اما گاز احیای كننده همواره قبل از ورود به كوره  های شماره 3و4 در راكتورهای گرم كننده گاز و در داخل كوره ، پیش از تماس با گندله ها . توسط مشعلهایی گرم می شود .

هوای سوخت برای گرم كردن راكتورهای گرم كننده نیز در راكتورهایی گرم     می شود .مسیر جریان گاز احیا كننده هوای سوخت و آب شستشو دهنده یك واحد اچ وای ال یك مشتمل برطرح چهار كوره ، یك راكتور تولید گاز احیا كننده (رفورمر) ، برجهای شستشو دهنده و راكتورهای پیش گرم كننده گاز می باشد .
حرارت لازم برای تولید بخار آب در روش اچ وای ال

 حرارت لازم برای گرم كردن آب و تولید بخار آب برابر با حرارت منتقله توسط دود متصاعد در قسمت فوقانی تنوره بازیاب حرارت راكتور تبدیل گاز در مراحل 5و6و7 ، به علاوه حرارتی كه آب دیگ بخار بر اثر سرد كردن گاز احیا كننده از مرحله 3 به مرحله 4 در راكتور كاهنده درجه حرارت گاز احیا كننده می گیرد.
میزان گاز لازم در روش اچ وای ال یك ودو

میزان گاز طبیعی لازم برای تولید یك تن آهن اسفنجی بر اساس پیشنهاد كمپانی سازنده واحدهای اچ وای ال دو ، در سال 1980 میلادی طبق جدول زیر است :

كل گاز طبیعی لازم برای تولید گاز احیا كننده         456 متر مكعب

گاز طبیعی اضافی جهت تامین كمبود سوخت مشعلها در راكتور تولید گاز

احیا كننده                                                   3/42 متر مكعب

گاز طبیعی جهت تامین كمبود سوخت برای تولید بخار آب

                                                               5/14 متر مكعب

گاز طبیعی برای تامین سوخت راكتورهای گرم كننده گاز خروجی كوره های احیا                                                                 6/6 متر مكعب

جمع كل :                                                4/519 متر مكعب

با احتساب ارزش حرارتی گاز طبیعی (9283كیلو كالری به ازای هر متر مكعب)، حرارت لازم برای یك تن آهن اسفنجی به روش آچ وای ال برابر است با :

        كیلوكالری با ازای یك تن آهن اسفنجی      4821590= 9283*4/519

         گیگا كالری به ازای یك تن آهن اسفنجی    

ذكر این نكته لازم می باشد كه ویژگی آهن اسفنجی تولیدی در برآورد فوق مشخص نشده است .
تولید آهن اسفنجی به روش اچ وای ال سه

تولید آهن اسفنجی به روش اچ وای ال سه بر اساس استفاده از گاز طبیعی به عنوان عامل احیا كننده و گرما زا در یك كوره تحت فشار استوار است .این روش بر عكس روش اچ وای ال یك و دو ، روشی مداوم است .وجه تمایز كلی آهن اسفنجی به روش اچ وای ال سه نسبت به یك و دو در جایگزین كردن چهار كوره با بستر ثابت و تولید غیر مداوم در اچ وای ال یك و دو به وسیله یك كوره در اچ وای ال سه با بستری متحرك و تولیدی مداوم است .
احیای سنگ آهن به روش اچ وای ال سه

 برای تولید آهن اسفنجی با 92 درصد فلزی و 8/1 درصد كربن است. بخش احیا در یك واحد اچ وای ال سه از مدار احیا و مدار سرد كننده آهن اسفنجی تشكیل می گردد .
بررسی كلی مطالب

تولید آهن اسفنجی به روش اچ وای ال یك از اولین روشهای احیای مستقیم است كه بر اساس مصرف گاز طبیعی به عنوان احیا كننده و گرمازا در سطح صنعتی بكار گرفته شده است . این روش در سالهای نخست ، روشی ابتدایی و غیر مداوم (اچ وای ال یك و دو) بوده و سپس به روشی مداوم اچ وای ال سه تبدیل شده است . در كلیه روشهای اچ وای ال ،گاز طبیعی به طور مداوم توسط بخار آب به هیدروژن و اكسید كربن تبدیل می شود . تولید آهن اسفنجی در روشهای اچ وای ال یك و دو به طور غیر مداوم می باشد . برای بهره مطلوبتر از گاز احیا كننده ، یك واحد اچ وای ال یك و دو چهار كوره احیا دارد كه به ترتیب دوره های بار كردن احیای اولیه و احیای نهایی گندله سنگ آهن و سرد كردن و تخلیه آهن اسفنجی را می گذرانند . در روش اچ وای ال سه ، بار كردن و احیای گندله سنگ آهن و نیز سرد كردن و تخلیه آهن اسفنجی در یك كوره و به طور مداوم انجام می شود .

برای دانلود فایل بر روی دکمه زیر کلیک کنید

دریافت فایل

جعبه دانلود



شما ممکن است این را هم بپسندید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *