تولید آهن

[ghasem motamedi]

آهن


عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Fe و عدد اتمی 26 وجود دارد. آهن فلزی است که در گروه 8 و دوره 4 جدول تناوبی قرار دارد.


تاریخچـــــه


اولین نشانه‌های استفاده از آهن به زمان سومریان و مصریان بر می‌گردد که تقریبا" 4000 سال قبل از میلاد با آهن کشف شده از شهاب سنگها اقلام کوچکی مثل سر نیزه و زیور آلات می‌ساختند. از 2000 تا 3000 سال قبل از میلاد ، تعداد فزاینده ای از اشیاء ساخته شده با آهن مذاب ( فقدان نیکل ، این محصولات را از آهن شهاب سنگی متمایز می‌کند ) در بین‌النهرین ، آسیای صغیر و مصر به چشم می‌خورد؛ اما ظاهرا" تنها در تشریفات از آهن استفاده می‌شد و آهن فلزی گرانبها حتی باارزش‌تر از طلا به‌حساب می‌آمد.

بر اساس تعدادی از منابع آهن ، بعنوان یک محصول جانبی از تصفیه مس تولید می‌شد - مثل آهن اسفنجی – و بوسیله متالوژی آن زمان قابل تولید مجدد نبوده است. از 1600 تا 1200 قبل از میلاد در خاورمیانه بطور روز افزون از آین فلز استفاده می‌شد، اما جایگزین کابرد برنز در آن زمان نشد.


تبر آهنی متعلق به عصر آهن سوئد در گاتلند سوئد یافت شده است. از قرن 10 تا 12 در خاورمیانه یک جابجایی سریع در تبدیل ابزار و سلاحهای برنزی به آهنی صورت گرفت. عامل مهم در این جابجائی ، آغاز ناگهانی تکنولوژیهای پیشرفته کار با آهن نبود، بلکه عامل اصلی ، مختل شدن تامین قلع بود. این دوره جابجایی که در زمانهای مختلف و در نقاط مختلفی از جهان رخ داد، دوره ای از تمدن به نام عصر آهن را بوجود آورد.

همزمان با جایگزینی آهن به جای برنز ، فرآیند کربوریزاسیون کشف شد که بوسیله آن به آهن موجود در آن زمان ، کربن اضافه می‌کردند. آهن را بصورت اسفنجی که مخلوطی از آهن و سرباره به همراه مقداری کربن یا کاربید است، بازیافت کردند. سپس سرباره آنرا با چکش‌کاری جدا نموده وم حتوی کربن را اکسیده می‌کردند تا بدین طریق آهن نرم تولید کنند.

مردم خاور میانه دریافتند که با حرارت دادن طولانی مدت آهن نرم در لایه ای از ذغال و آب دادن آن در آب یا روغن می‌توان محصولی بسیار محکم‌تر بدست آورد. محصول حاصله که دارای سطح فولادی است، از برنزی که قبلا" کاربرد داشت محکمتر و مقاوم‌تر بود. در چین نیز اولین بار از آهن شهاب سنگی استفاده شد و اولین شواهد باستان شناسی برای اقلام ساخته شده با آهن نرم در شمال شرقی نزدیک Xinjiang مربوط به قرن 8 قبل از میلاد بدست آمده است. این وسایل از آهن نرم و با همان روش خاورمیانه و اروپا ساخته شده بودند و گمان می‌رفت که برای مردم غیر چینی هم ارسال می‌کردند.

در سالهای آخر پادشاهی سلسله ژو ( حدود 550 قبل از میلاد) به سبب پیشرفت زیاد تکنولوژی کوره ، قابلیت تولید آهن جدیدی بوجود آمد. ساخت کوره‌های بلندی که توانایی حرارتهای بالای k 1300 را داشت، موجب تولید آهن خام یا چدن توسط چینِی‌ها شد. اگر سنگ معدن آهن را با کربن k 1470-1420 حرارت دهیم، مایع مذابی بدست می‌آید که آلیاژی با 5/96% آهن و 5/53% کربن است. این محصول محکم را می‌توان به شکلهای ریز و ظریفی در آورد. اما برای استفاده ، بسیار شکننده می‌باشند، مگر آنکه بیشتر کربن آنرا از بین ببرند.

از زمان سلسله ژو به بعد اکثر تولیدات آهن در چین به شکل چدن است. با این همه آهن بعنوان یک محصول عادی که برای صدها سال مورد استفاده کشاورزان قرار گرفته است، باقی ماند و تا زمان سلسله شین ( حدود 221 قبل از میلاد ) عظمت چین را واقعا" تحت تاثیر قرار نداد.

دانشمندان می‌پندارند شاید این روش بعد از این دو مکان تا مغولستان آن سوی روسیه ادامه یافته باشد، اما دلیل محکمی برای اثبات این فرضیه وجود ندارد. تا اواخر قرن نوزدهم در هر رویدادی یک بازار برای کالاهای چدنی بوجود آمد، مانند درخواست برای گلوله‌های توپ چدنی.در آغاز برای ذوب آهن از زغال چوب هم بعنوان منبع حرارتی و هم عامل کاهنده استفاده می‌شد. در قرن 18 در انگلستان تامین کنندگان چوب کم شدند و از زغال سنگ که یک سوخت فسیلی است، بعنوان منبع جانشین استفاده شد. این نوآوری بوسیلـــه Abraham Darby انرژی لازم برای انقلاب صنعتی را تامین نمود.
پیدایـــــــش
آهن یکی از رایج‌ترین عناصر زمین است که تقریبا" 5% پوسته زمین را تشکیل می‌دهد.
آهن از سنگ معدن هماتیت که عمدتا" Fe2O3 می‌باشد، استخراج می‌گردد. این فلز را بوسیله روش کاهش با کربن که عنصری واکنش‌‌پذیرتر است جدا می‌کنند. این عمل در کوره بلند در دمای تقریبا" 2000 درجه سانتی‌گراد انجام می‌پذیرد.
در سال 2000 ، تقریبا" 1100 میلیون تن سنگ معدن آهن با رشد ارزش تجاری تقریبا" 25 میلیارد دلار آمریکا استخراج شد. درحالیکه استخراج سنگ معدن آهن در 48 کشور صورت می‌گیرد، چین ، برزیل ، استرالیا ، روسیه و هند با تولید 70% سنگ آهن جهان پنج کشور بزرگ تولید کنندگان آن به‌حساب می‌آیند. برای تولید تقریبا" 572 میلیون تن آهن خام 1100 میلیون تن سنگ آهن مورد نیاز است.
صنایع ذوب آهن
تاریخچه
انسان اولیه معلوم نیست چگونه و از کجا سنگ آهن را کشف ، ذوب و فلز آهن را بدست آورده است. اما از شواهد امر پیداست که از 2400 سال پیش و شاید هم بیشتر ، انسانهای اولیه آهن را شناخته اند. بنظر می‌رسد ابتدا شهاب‌های ثابت آسمانی که حاوی آهن و نیکل است، مورد استفاده انسانهای اولیه قرار گرفته باشد و اطلاق سنگ و فلز آسمانی به آهن توسط انسانهای اولیه موید همین امر است. بعدها سنگ آهن شناخته شد.
دید کلی
آهن عنصری است با حرف اتمی Fe ، وزن اتمی 56 ، چهارمین عنصر موجود در پوسته زمین از نظر فراوانی و میزان آن در پوسته زمین در حدود 5 درصد می‌باشد و سنگهائیکه بیشتر از 20 درصد آهن داشته باشند سنگ معدنی آهن اصطلاح می‌شوند.استخراج فلز آهن از سنگ آهن با یک عمل شیمیایی انجام می‌گیرد، باین معنی که سنگهای اکسیدی آهن بوسیله کربن ، احیا و عنصر آهن آزاد می‌شود. قرن ها زغال چوب بعنوان احیا کننده بکار می‌رفته، ولی از سال 1907، که نقطه عطفی در کار ذوب آهن پدید آمده، کک جای آنرا گرفت که بعنوان مهمترین سوخت کوره بلند نیز بکار می‌رود.
برای تحصیل یک تن آهن خام ، حدود 3- 5/1 تن سنگ آهن ، 1000-900 کیلوگرم کک و 6-5 تن هوا لازم است و سنگ آهک نیز بعنوان ماده گداز آور در کوره بلند بکار می‌رود. در ابتدا ذوب آهن در کوره‌های ابتدائی که از سنگ یا آجر ساخته می‌شد و از هوای دم برای جریان هوا استفاده می‌شد، انجام می‌گرفت و ارتفاع کوره نیز ، حداکثر به 10 متر می‌رسید.ولی امروزه با اختراع ماشین و وارد کردن هوای تحت فشار به کوره ، ارتفاع و قطر کوره افزایش یافته و کوره های بلند جدید از ورقه های آهنی که روی ستونهایی استوار گردیده و ارتفاع بدنه کوره به حدود 30 متر می‌رسد، ساخته شده است. بدین ترتیب ، پیشرفت صنعت و احتیاج روز افزون بشر به نوع بهتر آهن ، کوره‌های بلند جدید را بوجود آورده است.
سوخت کوره
سوخت‌ها ، در کوره بلند ، دو عمل را انجام می‌دهند: عمل ایجاد گرما و عمل احیا کنندگی و به دو دسته عمده طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌شوند. بعضی از سوخت‌های طبیعی از قبیل زغال سنگ آنتراسیت و زغال سنگ قیری و لینیت ، بیشتر جنبه تاریخی دارند تا جنبه اقتصادی و از سوخت های مصنوعی که زغال چوب و کک می‌باشند، کک اهمیت زیادی داشته و در اکثر کارخانه ها بکار می‌رود.
مزایای کک عبارت از تخلخل ، سختی ، فراوانی ، قابلیت احتراق بیشتر و ارزانی آن می‌باشد. برای تهیه کک باید چند نوع زغال سنگ را که مواد فرار موجود در آنها متفاوت می‌باشد، با یکدیگر مخلوط و در کوره‌های مخصوص به کک تبدیل نمود. این عمل را کربنیزاسیون می‌نامند. ترکیب شیمیایی کک عبارت است از 94-85 درصد کربن و بقیه شامل مواد فرار ، خاکستر ، گوگرد و رطوبت می‌باشد.
هوای لازم برای احتراق و ایجاد حرارت
همانطور که قبلا گفته شد، برای تحصیل یک تن آهن خام ، حدود 6-5 تن هوا لازم است که این هوا از مخلوط دو گاز اکسیژن و ازت به نسبت 1و 4 تشکیل شده است. در کوره‌های بلند جدید ، هوا بوسیله کمپرسورهای توربینی به داخل کوره دمیده می‌شوند. این توربین‌ها با بخار یا برق کار کرده و فشار دم بیشتر و یکنواختی تولید می‌کنند. همچنین جهت تهیه هوای دم بعضی از کوره های بلند ، کمپرسورهای گازی نیز بکار برده می‌شود.
در این ماشین ها ، گاز کوره‌های بلند همراه با هوا وارد ماشین شده و پس از متراکم شدن توسط جرقه الکتریکی آتش زده می‌شود و فشار حاصله باعث حرکت موتور کمپرسور می‌گردد.
مواد گداز آور
بعد از سنگ آهن و سوخت ، مواد گداز آور مهمترین ماده تشکیل دهنده بار کوره بلند می‌باشد. این مواد دو کار انجام می‌دهند:ذوب کردن ناخالصیهای موجود در سنگ آهن که نقطه ذوب آنها بالاتر از درجه حرارت معمولی کوره است.
بعضی از عناصر که همزمان با سنگ آهن احیا می‌شود یا در آهن حل و یا با آن ترکیب شده و جدا کردن آن ممکن نمی‌گردد، مواد گداز آور با این ناخالصی‌ها ، قبل از ترکیب با آهن ، ترکیب می‌گردند. نوع مواد گداز آور بستگی به ترکیب مواد متشکله بار کوره دارد.در صورتیکه سنگ آهن ، آهکی (قلیایی) باشد، ماده گداز آور باید اسیدی (مثل SiO2 سیلیس) باشد.در صورتیکه سنگ آهن ، سیلیسی (اسیدی) باشد، ماده گداز آور باید قلیایی (مثل سنگ آهک ، دولومیت و سنگهای فسفاته) باشد.در مواردیکه بخواهند سرباره خیلی سیال باشد، از مواد گدازآور خنثی از جمله فلوراسپار که دارای نقطه ذوب پایینی می‌باشند، استفاده می‌شود.
سرباره کوره بلند
سرباره ، عبارتست از ماده مذابی که بر اثر فعل و انفعال بین مواد گداز ، سنگ آهن ، سوخت و ناخالصی‌های اکسید موجود در فلز بوجود می‌آید و در اثر این فعل انفعالات ، ناخالصی‌هایی که نباید در چدن وجود داشته باشد، از آهن خام جدا می‌شود.
مواد متشکله اصلی سرباره عبارت است از: MgO , Al2O3 , SiO2 , CaO که جمعا 90 درصد سرباره را تشکیل می‌دهند. 10 درصد بقیه عبارتند از: CaS , MnS, MnO , FeO و غیره.
موارد کاربرد سرباره
سرباره برحسب ترکیب شیمیایی ، خواص فیزیکی و نحوه سرد کردن آن ، موارد کاربرد مختلفی پیدا می‌کند. سرباره را به سه شکل سرد می‌کنند و بر حسب نحوه سرد کردن به سه شکل در می‌آید:

سرباره سرد شده با هوا ، خرد و غربال شده و جهت مصارف زیر بکار می‌رود: بلوک‌های ستونی توخالی ، زیرسازی جاده ، ماسه شیشه‌ای جهت ساختن سرامیک ، زه‌کشی فاضلاب ، آسفالت بیندر و غیره.سرباره دانه دانه شده با آب ، جهت موارد زیر بکار برده می‌شود: سیمان ، عایق‌کاری ، زیرسازی جاده ، مصالح بتون ، بلوک‌های ساختمانی خاکریزی راه آهن و سایر خاکریزیها و غیره.سرباره سبک ، موارد کاربرد آن به قرار زیر است: مصالح ساختمانی بتونی ، مصالح ضد حریق ، فرش کف ها ، محصولات ساختمانی بصورت قطعات پیش‌ساخته بتونی از جمله تیورستون و غیره ، آجر ، کاشی‌های عایق صدا ، دیوارهای تیغه ای.
فراورده های تولید شده از آهن خام
چدن
هرگاه آهن خام را گداخته و در قالب هائی از ماسه یا فلز ریخته و سرد کنیم، چدن بدست می‌آید. در تبدیل آهن خام به چدن ، تصفیه دقیق و مخصوصی صورت نمی گیرد.
چدن چکش خوار
در صورتیکه روی چدن عملیاتی از قبیل اضافه کردن منیزیم و سیلیکات آهن ، بلوری شدن کربن و تبدیل به گره‌های گرافیت انجام گیرد، چدن چکش خوار بدست می‌آید که نسبت به چدن نرمتر بوده و مقاومت کششی بالا و مورد استفاده بیشتری دارد

آهن کار شده
هرگاه آهن خام را ذوب کرده و بگذاریم بصورت اسفنجی شکل در آید، ضمن آنکه ناخالصی‌های آن‌را از قبیل سیلیسیم ، منگنز و کربن بشکلی تصفیه می‌کنیم، آهن کار شده بدست می‌آید.

چدن سفید
کربن این چدن ، بصورت بلور سمانتیت (کربید آهن Fe3C) می‌باشد که از سرد شدن مذاب حاصل می‌شود. این ماده را می‌توان نرم کرد تا درجه شکنندگی آن کاهش یابد.

فولاد
آلیاژی است از آهن (چدن سفید) و کربن و سایر عناصر که از تصفیه دقیق آهن خام ضمن اختلاط با آهن قراضه بدست می‌آید.

آهن قراضه
به قراضه های فولاد ، آهن قراضه اطلاق می‌شود.
در ایران با 3 روش آهن و چدن تولید میکنند.

1- کوره بلند که در ذوب آهن استفاده میکنند.
در این روش سنگ آهن بهمراه کک و آهک مخلوط و داخل کوره بلند ریخته شده و از پایین
کوره چدن گرفته میشود.و آماده کارهای بعدی میشود.

2- روش احیای مستقیم
که در اکثر واحدهای فولاد سازی موجود است.

گندله توسط گاز تبدیل به آهن اسفنجی شده و برای کارهای بعدی آماده میباشد.
در این مرحله تقریبا بیشترین ارزش افزوده بدست میاید.

3- روش کوره قوس الکتریکی

در این روش از آهن قراضه برای تولید شمش آهن استفاده میشود.

4- روش چهارم که بسیار جدید میباشد و در امریکا و آلمان استفاده میگردد و تکنولوزی آن
به بسیاری از کشورها داده نشده - اینست که

مرحله گندله سازی حذف شده است. و بطور مستقیم از کنسانتره با گاز - آهن اسفنجی
تولید میشود که بسیار مقرون بصرفه میباشد.
استخراج آهن

نگاه اجمالی

امروزه یکی از اساسی‌ترین پایه‌های اقتصادی و اجتماعی کشورهای جهان را صنایع آهن و فولاد تشکیل می‌دهد و این ، به سبب نیاز مبرمی است که انسان جهت پیشبرد مقاصد خود در زندگی دارد. با نگاه اجمالی به کارآیی این عنصر حیاتی ، می‌توان به نقش سازنده آن پی‌برد؛ زیرا علاوه بر کاربرد آن در امر ساختمان سازی ، پل سازی و غیره یکی از کالاهای اساسی در صنایع اتومبیل سازی ، کشتی سازی و لوکوموتیو سازی است و به‌صورت آلیاژهای مختلف ، اساس تکنولوژی ماشین‌آلات را تشکیل می‌دهد.
تاریخچه

با توجه به کشف یک تبر آهنی متعلق به 3000 سال پیش از میلاد در داخل یکی از قبرهای سومریان واقع در شهر اور که در جنوب بین‌النهرین قرار داشت، نشان می‌دهد که استفاده از آهن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%87%D9%86) توسط انسان از حدود 3000 سال پیش از میلاد مسیح آغاز و عمدتاً در کشورهای مصر ، آشور ، چین و هندوستان رواج داشت. در آغاز انسان از آهن طبیعی که به‌صورت سنگ معدن آهن با درجات خلوص متفاوت بدست می‌آمد، استفاده می‌کرد.

با این حال ، نظر دیگری وجود دارد که انسانهای آن روزگاران از شهاب سنگ‌ها به‌عنوان آهن خالص‌تر استفاده می‌کردند. استفاده از آهن خالص درحدود 1300 سال پیش از میلاد امکان‌پذیر شد که به ظن قوی بطور تصادفی بر اثر گرما دادن شدید صخره‌های کانی ، آهن خالص توسط ذغال صورت گرفت با حرارت دادن گل اخری و ذغال نیز آهن استخراج می‌کردند.
سیر تحولی و رشد

روند استخراج آهن از ترکیبهای طبیعی آهن به مرور زمان ، راه تکامل می‌پیمود تا اینکه نخستین کوره استخراج آهن به سبک امروزی که به کوره کانالانی معروف بود، نوآوری شد. این کوره دارای آتش‌دانی به ابعاد 75×60×60 سانتی‌متر بود. سیر تکاملی این روند به آنجایی رسید که امروزه ، کارخانه‌های عظیم استخراج و ذوب آهن و فولاد با ظرفیت چندین میلیون تن به وجود آمده است.
سنگ معدن‌های آهن

سنگ معدن‌هایی که آهن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%87%D9%86) از آن استخراج می‌شود، بیشتر به‌صورت اکسیدهای آهن ، مانند مگنتیت یا هماتیت است که با 2 تا 20 درصد ناخالصی (نظیر سیلیکات‌ها و آلومینات‌ها) همراه است. این ناخالصی‌ها در کوره از آهن جدا شده به‌صورت تفاله خارج می‌شوند. سنگ معدن تصفیه شده و تغلیظ شده به‌صورت پودر یا دانه‌های ریز در کوره وارد می‌شود. مناسب‌ترین اندازه ذرات آن بین 6 تا 25 میلی‌متر است. یادآوری می‌شود که امروزه از سولفید طبیعی آهن (پیریت) در استخراج آهن استفاده نمی‌شود، بلکه مصرف عمده آن در اسید سولفوریک سازی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D8%B3%DB%8C%D8%AF+%D8%B3%D9% 88%D9%84%D9%81%D9%88%D8%B1%DB%8C%DA%A9) است.
فرآیند‌های اولیه استخراج آهن

استخراج آهن از سنگ معدن‌های آن طی فرایند‌های فیزیکی و مکانیکی و شیمیایی تحت شرایط ویژه ای صورت می‌گیرد.

در مرحله آغازی ، سنگ معدن باید طی چندین مرحله از عملیات از جمله : خرد کردن ، آسیاب کردن ، سرند کردن ، شستشو ، استفاده از جدا کننده مغناطیسی و یا به روش فلوتاسیون تغلیظ شود. محلول غلیظ شده معمولاً دارای 60 تا 65 درصد آهن ، 8 تا 12 درصد سیلیس می‌باشد. پس از تلغیظ سنگ معدن آن را باید به اندازه‌هایی به ابعاد 6 تا 25 میلی‌متر که مناسب برای تغذیه کوره‌های وزشی است، تبدیل کرد که این عمل را اصطلاحاً آگلومریزه شدن می‌نامند.

استخراج آهن از سنگ معدنهای آن عمدتاً با استفاده از کوره‌های وزشی صورت می‌گیرد که در حقیقت یک رآکتور بزرگ شیمیایی است که در آن مخلوطی از سنگ آهک ، سنگ معدن آهن و زغال کک گرما داده می‌شود.
مواد اولیه مورد نیاز استخراج آهن

سنگ معدن آهن

در مجاورت ذغال بر اثر گرما در کوره احیا می‌شود و سپس بر اثر جریانی از گازهای احیا کننده داغ که از سوختن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%88%D8%A7%DA%A9%D9%86%D8%B4+%D8% B3%D9%88%D8%AE%D8%AA%D9%86) کک در هوای گرم پایین کوره تولید می‌شود و در جهت عکس مسیر آهن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%87%D9%86) حرکت می‌کند، ذوب می‌شود. آهن مذاب و تفاله حاصل از سنگ معدن به ازای هر دو تا چهار ساعت از آتشدان کوره (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%A9%D9%88%D8%B1%D9%87+%D8%A8%D9% 84%D9%86%D8%AF+%D8%A2%D9%87%D9%86) تخلیه می‌شود. اگر مواد اولیه بطور پیوسته از بالای کوره وارد شود، در این صورت ، کوره می‌تواند بطور پیوسته کار کند. محصول کوره وزشی همان چدن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%86%D8%AF%D9%86) است که برای تبدیل آن به دیگر مشتقات آهن ، بویژه فولاد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%AF) ، باید در آن تغییراتی داد.
زغال کک

مشخصات ساختاری آن عبارت است از : کربن ثابت 85 تا 90 درصد ، خاکستر 5 تا 13 درصد ، رطوبت تا 8 درصد ، مواد فرّار 1.6 تا 11 درصد ، و گوگرد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%AF%D9%88%DA%AF%D8%B1%D8%AF) 0.5 تا 1.2 درصد. نقش کک در فرآیند کوره‌های وزشی تولید گازهای احیا کننده است و در اثر سوختن در پایین کوره انجام می‌پذیرد و مقاومت مکانیکی آن نیز در عمل مهم است. اندازه کک مورد مصرف ، باید بین 1.5 تا 75 میلی‌متر باشد.


سنگ آهک

به منظور کمک کردن ذوب و پایین آوردن دمای ذوب ناخالصی‌ها به سنگ معدن افزوده می‌شود. نسبت تشکیل دهنده‌های بازی در مخلوط یعنی (CaO) و (MgO) به تشکیل دهنده‌های اسیدی یعنی (SiO2) باید در حد ثابتی حفظ شود تا تفاله‌های کف مانند و سبک (سیلیکات‌های کاسیم و منیزیم ) بطور کامل تشکیل شود و سایر ناخالصی‌های همراه با خود را از آهن جدا کند. برای این منظور ، سنگ آهک و دولومیت بکار گرفته می‌شود.

گاهی برای کنترل ترکیب تفاله‌های جاری ، مقداری سیلیکات نیز بدان اضافه می‌شود. مناسب‌ترین اندازه این دسته از مواد برای کوره‌های وزشی بین 70 تا 75 میلیمتر است.




واکنش‌های کوره استخراج آهن

پس از اینکه کک در قسمت پایین کوره بارگیری شده ، آن را تا حدود گرم می‌کنند تا بر اثر وزش هوای گرم شروع به سوختن کرده ، دما (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%AF%D9%85%D8%A7) را در دهانه قسمت سوخت کوره تا افزایش دهد. دی‌اکسید کربن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%AF%DB%8C%E2%80%8C%D8%A7%DA%A9%D 8%B3%DB%8C%D8%AF+%DA%A9%D8%B1%D8%A8%D9%86) حاصل در این دما ناپایدار بوده ، بوسیله کک موجود در محیط به منوکسید کربن تبدیل می‌شود. بخار آب همراه با هوای داغ در واکنش با کک نیز خود تولید منوکسید کربن می‌کند.

واکنش‌های انجام شده (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%88%D8%A7%DA%A9%D9%86%D8%B4+%D8% B4%DB%8C%D9%85%DB%8C%D8%A7%DB%8C%DB%8C) در دهانه سوخت که در حد بین مخزن سوخت و سنگ معدن آهن قرار دارد، در قسمت بالاتر کوره که دما (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%AF%D9%85%D8%A7) زیر است، اکسیدهای آهن بوسیله منوکسید کربن و هیدروژن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%87%DB%8C%D8%AF%D8%B1%D9%88%DA%9 8%D9%86) حاصل احیا (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%DA%A9%D8%B3%DB%8C%D8%AF%D8%A 7%D8%B3%DB%8C%D9%88%D9%86-%D8%A7%D8%AD%DB%8C%D8%A7) می‌شوند. در قسمت بالاتر کوره وقتی که دما به تا رسید، سنگ آهک نیز تجزیه (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%88%D8%A7%DA%A9%D9%86%D8%B4+%D8% AA%D8%AC%D8%B2%DB%8C%D9%87) می‌شود. در قسمت پایین کوره دربالاتر از اکسیدهای آهن بوسیله کربن احیا شده ، دی‌اکسید کربن حاصل بطور همزمان با کک واکنش داده و به منوکسید کربن تبدیل می‌شود.

این احیا به احیای مستقیم معروف است که نیازی به انرژی زیاد دارد. بیشتر گوگرد که همراه کک وارد کوره می‌شود، در داخل آن به تبدیل می‌شود. حاصل با ترکیب شده آنها را به تبدیل می کند. حاصل ضمن واکنش ، آهن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%87%D9%86) آزاد می‌کند. میزان و چگونگی حذف گوگرد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%AF%D9%88%DA%AF%D8%B1%D8%AF) به دمای تفاله و نسبت بستگی دارد.
احیای مستقیم

احیایی است که در آن ، سنگ معدن آهن ، بوسیله عوامل احیا کننده جامد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%AC%D8%A7%D9%85%D8%AF) یا گازی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%AF%D8%A7%D8%B2) احیا می‌شود. با توجه به مقدار کربن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%A9%D8%B1%D8%A8%D9%86) موجود در آهن ، این عنصر به‌صورت دو نوع محصول آهن یعنی چدن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%86%D8%AF%D9%86) و فولاد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%AF) عرضه می‌شود.
جدول نام و فرمول شیمیایی سنگ معدن های مهم آهن



فرمول شیمیایی
نام معدن شناسی
نام شیمیایی

مگنتیت
تترا اکسید دی آهن (III) آهن (II)

هماتیت
اکسید آهن (II)

ایلمنیت
تری اکسید تیتان آهن (II)

لیمونیت
ئیدروکسید آهن (III)
-
-
یا اکسید آهن (III) هیدراته

سیدریت (اسپاتیت)
کربنات آهن (II)

چاموزیت ، گرینالیت
سیلیکات آهن (II)

پیویت ، مارکالیت
دی‌سولفید آهن (II)

چدن
چدن (Cast iron)، آلیاژی از آهن- کربن- سیلیسیم (Fe-C-Si) است که همواره محتوی عناصری در حد جزئی (کمتر از 1/0 درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از 1/0 درصد) بوده و به صورت حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می‌شود

[ghasem motamedi]

بخش آماده سازي زغال:



اين بخش شامل چهار بخش انبار روباز و مسقف زغال، خرد كن، سيلو و آسياب مخلوط كن و سيستم فشرده سازي زغال مي باشد.

1- انبار زغالها:

زغالهاي مورد نياز جهت كك سازي پس از حمل توسط واگن و كاميون با توجه به آناليز و معدن در 3 انبار براي 21 روز ذخيره مي گردد كه با توجه به درصد آن پس از مخلوط شدن در كوره هاي كك سازي قرار داده مي شود. زغالها با توجه به برنامه زمانبندي توسط قيف روي نوار نقاله ريخته شده و به خرد كن ارسال مي گردد.
جهت كاستن از آلاينده هاي معلق در هوا از سيستم اسپريهاي آب پاش در طول مسير استفاده گرديده است تا حركت مواد بر روي نوار نقاله ها باعث ايجاد آلاينده هاي معلق در هوا نگردد.

2- سيستم خرد كن زغال:

سيستم خردايش زغال سنگ توسط دو آسياب چكشي كار مي كند تا زغالها را به دانه بندي 300 ميكرون رسانده و براي ذخيره نهايي به سيلوها ارسال مي نمايد. دانه بندي زغالها در اين مرحله چند بار كنترل مي شود تا در صورت بزرگتر بودن دوباره به داخل سيستم برگردانده شود.

3- سيلوهاي زغال:

هر نوع زغال در سيلوهاي جداگانه اي ذخيره مي گردد. زغالها بر اساس آناليز و برنامه زمانبندي توسط دستگاهاي اندازه گيري روي نوار نقاله ريخته شده به آسياب زغال جهت مخلوط ارسال مي گردد. قبل از ورود زغال به مخلوط كن مقدار كمي آب روي زغال ريخته مي شود تا چسبندگي خود را حفظ نمايد.

4- سيستم فشرده سازي زغالها:

مهمترين نقش اين سيستم ساختن كيك زغال جهت قرار دادن در كوره هاي كك سازي مي باشد. زغالها پس از مخلوط شدن در بونكرهاي اين سيستم قرار داده شده و درون ماشين فشرده سازي زغال ريخته مي شوند. پس از فشره سازي زغالها، كك توليدي توسط يك كفي در ماشين حمل كك قرار گرفته و طبق برنامه زمابندي به سلول مورد نظر انتقال داده مي شود.




دانه بندی مواد
انجام فعالیت ایراتیستی و ماشینیستی آگلومراسیون ذوب آهن اصفهان
سرند و پروسه دانه بندی کک ، سنگ آهن ، پوسته های اکسیدی به منظور آماده سازی برای خوراک کوره بلند و واحد آگلو مراسیون

اهمیت دانه بندی مواد :
یکی از مهمترین فاکتورهایی که در افزایش کیفیت تولیدات نهایی نقش دارد دانه بندی و جدایش مواد است . دانه بندی و جدایش مواد میتواند نسبت به اندازه ، شکل ظاهری یا حجم و دانسیته مواد باشد .

تاثیری که یکپارچگی خواص ظاهری در کیفیت تولید نهایی دارد عاملی است که صنایع مطرح دنیا را به سمت استفاده هر بهتر از صنعت دانه بندی سوق میدهد.

صنعت دانه بندی و جدایش مواد در صنایع مختلف مانند صنایع شیمیایی ، داروسازی ، نفت و پتروشیمی ، فولاد ، مواد معدنی ، مواد ساختمانی ، آسفالت ، صنایع غذایی، لوازم بهداشتی و آرایشی ،سیمان ،گچ و سنگ و..... مورد استفاده قرار میگیرد.

در صنعت فولاد نقش دانه بندی مواد شارژ شده به کوره بسیار مهم بوده و تاثیر مستقیم و پر رنگی در کیفیت تولید فولاد و افزایش بهره وری در تولید دارد. برای تولید بهینه و مطلوب فولاد ،مواد شارژ شده به کوره بلند باید دارای دانه بندی مناسبی باشد برای مثال اگر سنگ آهن بااندازه زیر 10 میلی متر در کوره بلند شارژشود گازهای حاصل از احتراق نمی توانند برای عملیات احیا بطور یکنواخت از بین ذرات عبور کنند و عبور گاز کانالی میشود در نتیجه قسمتهایی از مواد شارژی احیا و قسمتهایی احیا نمی گردند.

یا اگر ذرات بالای 70 میلی متر به بالا داخل کوره بلند وارد گردند قابلیت احیا سنگ آهن کاهش می یابد . همچنین حجم و اندازه کک نیز در فرایند تولیدفولاد بسیار مهم است.



آگلو مراسیون :
برای استفاده و کاربردی کردن سنگ آهن و کک ریز دانه و به منظور ایجاد ترکیب شیمیایی مناسب در کوره آنها را به همراه مواد مفید دیگر ی با حرارت به هم دیگر زینتر کرده تا ترکیبی مناسب با دانه بندی مطلوب برای خوراک کوره بلند ایجاد گردد که به این فرایند آگلومراسیون گفته میشود.
روشهای مختلفی برای آگلومراسیون وجود دارد که روش کلوخه سازی در ذوب آهن اصفهان مورد استفاده قرار میگیرد.

مواد اولیه برای زینتر سازی sintering :

الف ) مواد آهن دار
1- کانه آهن (سنگ آهنهای زیر 10 میلی متر)
2- پوسته های اکسیدی (هنگام نورد کردن شمشهای فولاد قسمت سطح آن در تماس با اکسیژن هوا و آب میباشد در نتیجه سطح فولاد اکسید شده و بصورت پوسته پوسته از شمش جدا میگردد این پوسته ها شامل 70 درصد آهن میباشد که پس از سرند شدن و دانه بندی به عنوان یکی از مواد مورد استفاده در آگلومراسیون کاربرد دارد )

ب ) گرد و غبار کوره بلند (حدود یک درصد شارژ زینتر سازی را گرد و غبار کوره بلند تشکیل میدهد)

ج ) لجن صنعتی (مواد آهن داری که از شستشوی دستگاهها و یا غبارگیری بصورت مرطوب بدست میآیند لجن صنعتی نامیده میشود که حدود هفت صدم درصد از کل شارژ زینتر سازی را تشکیل میدهد)

د ) سنگ منگنز (یکی از کاربردهای منگنز حذف گوگرد مضر در کوره می باشد گوگرد به صورت Mns وارد سرباره میشود و از تشکیل فاز Fes که دارای نقطه ذوب پایین بوده وسبب ایجاد شکنندگی در فولاد میشود جلوگیری مینماید)

ه ) سنگ آهک و مواد کمک ذوب (سنگ آهک برای کاهش گوگرد و جلوگیری از بوجود آمدن فاز مضر فایالیت Fesio3 در کوره مورد مصرف قرار می گیرد و مواد کمک ذوب برای کاهش بازیسیته و نزدیک شدن محلول جامد به نقطه یوتکتیک مورد استفاده قرار می گیرد.)

و ) سوخت جامد (خورده کک به اندازه های 0-5 میلی متر که 5 تا 7 درصد مواد زینتر را تشکیل میدهد.)

ز ) مواد برگشتی از زینتر سازی


مخلوط کردن و آماده سازی مواد :
مواد اولیه به وسیله نوار نقاله به دو میکسر (مخلوط کننده) فرستاده می شوند و در آنجا ضمن مخلوط و هموژن کردن رطوبت زده می شود.

شارژ کردن مواد به ماشین زینتر سازی و مشتعل کردن :
ابتدا قشری از مواد برگشتی زینتر سازی را به نام زیر بستر در سطح زنجیر های زینتر سازی پهن می کنند و سپس مواد هموژن شده با حداقل فشردگی روی آن قرار می گیرند سپس سطح بوسیله محترق کننده ای مشتعل می شود تا کربن موجود در آن به نقطه اشتغال برسد و ایجاد یک جبهه احتراق در ماده زینتر ایجاد میکندکه سبب تولید محصولی متخلخل و با دانه بندی مناسب برای کوره بلند می گردد.

کک :
کک ار زغال سنگ بدست می آید و در اثر تقطیر در سلول های مخصوص کک سازی در دمای 1000 تا 1100 درجه سانتیگراد تهیه می شود.

بطور کلی نقش کک در فرآیند تولید آهن و فولاد عبارت است از :
1- احیاء کردن سنگ آهن
2- تأمین کننده حرارت
2-1 ذوب کردن آهن
2-2 در فرایند فولاد سازی کربن حل شده در چدن خام می سوزد و چدن به فولاد تبدیل می شود.


خصوصیات شیمیایی کک :
1- کربن C ....................................96.5 – 97.5
2- هیدروژن H ....................................0.8 - 0.5
3- اکسیژن o ....................................0.3 – 0.4
4- نیتروژن و گوگرد...................................خی� �ی کم
5- مواد فرار ...........................................0.7 -1.1
6- خاکستر


دانه بندی کک :
کک استحصال شده از واحد کک سازی و کک وارداتی به منظور دانه بندی به محوطه مخصوص سرند ها وارد می شود و توسط دو دستگاه سرند ویبراتوری که هریک مجهز به یک فیدر و سه نوار نقاله می باشند به دانه بندی مورد استفاده برای کوره و استفاده در واحد آگلومراسیون تفکیک می شوند.



خصوصیات فیزیکی کک : (اندازه های دانه بندی)
1- استفاده در آگلومراسیون ............................... 0 - 5 میلی متر
2- استفاده صنعتی........................................ .. 5 – 15 میلی متر
3- بارگیری به منظور صادرات................................ 15 -25 میلی متر
4- استفاده در کوره بلند ....................................25 – 80 میلی متر
5- جهت خرد شدن .........................................80 میلی متر به بالا


سنگ آهن: آهن در طبیعت بصورت ترکیب با مواد دیگر وجود دارد و کانی های مختلف آهن را شکل می دهد.

کانیهای آهن :
کانیهای آهن به چهار دسته تقسیم می شوند.
1- کانیهای اکسیدی
2- کانیهای کربناتی
3- کانیهای سولفیدی
4- کانیهای سیلیکاتی

مهمترین کانیهای آهن مورد استفاده در صنایع فولاد مگنتیت Fe3O4 با 72% آهن و هماتیت Fe2O3 با 70% آهن می باشد که در حال حاضر از معادن چغارت قابل استحصال می باشد.
اندازه و نوع دانه بندی سنگ آهن مورد استفاده در کوره بلند برای استحصال فولاد با کیفیت مطلوب بسیار مهم است.برای احیاء کامل سنگ آهن باید حداقل اندازه دانه سنگ آهن مصرفی در کوره بلند 10 میلی متر باشد.

روزانه 2000 تن سنگ آهن در سایت مخصوص توسط سه دستگاه سرند ویبراتوری دانه بندی و برای بخش های آگلومراسیون و کوره بلند ارسال می گردد .

[ghasem motamedi]

شستشوی زغال به دلیل ماهیت وپیچیدگی خاص خود، با فرآوری دیگر مواد معدنی بسیار متفاوت است ونه تنها در مراحل شناسایی وتعیین هویت، بلکه در به کار گیری روشهای مختلف شستشو وطراحی فلوشیتهای زغال شویی نیز نمی توان از روشهای موجود فرآوری در مورد سایر مواد معدنی ، استفاه کرد. به همین دلیل باید روش های مخصوص شستشوی زغال سنگ را مورد بررسی قرار دهد تا بتوان بهترین نتیجه را به دست آورد در مورد شستشوی زغالسنگ در معادن زرند نیز متخصصین امر بعد از مطالعات فراوان ،روشهایی را برای شستن زغال سنگ در معادن برگزیدند. که جهت آگاهی از ان روش ها ا قدام به تهیه مطلبی هر چند کوتاه گردید .که به شرح ذیل می باشد.
یکی از مهمترین اهداف شستشوی زغالسنگ، بهبود کیفیت زغال در تهیه کک متالوژی به منظور تولید فولاد است. در تهیه کک متالوژی، شستشو زغال جایگاه ویژه ای دارد. به عنوان مثال وجود خاکستر وعناصر مضر مشکلات زیر را پدید می آورد.
· خاکستر موجود در زغالسنگ مصرف مواد را بیش از حد افزایش می دهد.
· با افزایش یک درصد خاکستر زغال کک شو ، تولید فولاد به میزان قابل توجهی کاهش می یابد
· خاکستر زیاد حجم سر باره را افزایش می دهد.
· اکسایش کک افزایش می یابد.
· حساسیت وکار آیی کوره کاهش می یابد.
· وجود گوگرد بیش از حد استاندارد،باعث تردی وشکنندگی آهن می شود وخوردگی فولاد را نیز افزایش می دهد.
بنابر این تهیه کک متالوژی با شرایط فنی قابل قبول بدون عملیات شستشو امکان پذیر نیست.به همین دلیل باعث احداث کارخانه زغالشویی در زرند که به روش مکانیزه استخراج می گردد شد. وطبق انتخاب وطراحی که انجام گردیده است عملیات شستن زغال وتهیه کک به دوروش ،شستشو به روش واسطه سنگین وفلوتاسیون زغال انجام خواهدگرفت . که در ادامه بحث به آن خواهیم پرداخت.
با توجه به مطالعات انجام شده نتایج زیر به دست آمده است.
· متوسط خاکستر در حدود 30 درصد
· متوسط گوگرد در حدود 5/3 درصد
· حدود 20 درصد گوگرد موجود در زغال ماهیت آلی وبقیه ماهیت پیریتی دارد
· متوسط میزان فسفر حدود016/0 درصد
· حدود 25 درصد بار اولیه را ذرات 5/0 میلیمتر به خود اختصاص می دهد و لزوم طراحی مدار فلوتاسیون دو مرحله ای را مشخص می سازد
· طراحی مدار شستشو برای ذرات درشت تر از 5/0 میلیمتر با روش واسطه سنگین امکان پذیر است.
· دستیابی به کنسانتره ای با خاکستر 10 درصد وگوگرد 1/1 درصد وبازیابی حدود 75 درصد امکان پذیر است
در تجارت بین المللی زغالسنگ ، ز غال کک شو باید مشخصات زیر را داشته باشد.
· خاکستر :6درصد
· رطوبت : 5 درصد
· گوگرد : 1 درصد
· مواد فرار : 23 درصد
· دانه بندی : زیر 23 میلیمتر
ایران از نظر دخایر زغالسنگ مقام سی وپنجم واز دید گاه تولید، رتبه سی وهفتم را دارد. اکتشاف ، استخراج وشستشوی زغال سنگ در ایران بیشتر به منظور تولد کک متالوژی است وبه دلیل وجود نفت وگاز فراوان ، اهمیت سوختی ندارد.
ایران یکی از واردکنندگان زغال کک شو از کشورهایی مانند آلمان واسترالیا است.
زغالسنگ استخراج شده از معدن شماره یک بوسیله کنویر از اسلوپ شماره 3 به سمت زغالشویی ویا در شرایط اضطراری به سمت دپوی موقت حمل می گردد .
زغالسنگ ابتدا وارد قسمت سنگ شکن می شود . سنگ شکن این زغالشویی از نوع سنگ شکن چرخشی (برادفورد) می باشد این سنگ شکن از یک سیلندرخارجی تشکیل شده است که سیلندر مشبک دیگری در داخل آن می چرخد. بار اولیه از یک قسمت وارد شده وبر اثر چرخش دستگاه ، ضربه های ناشی از قطعات دیگر وپرتاب ناشی از تاثیر نیروی ثقل ، خرد می شوند. سرعت دستگاه معمولاً 12 تا 18 دور در دقیقه است سیلندر مشبک دستگاه ، چشمه هایی در حدود 38 میلیمتر دارد که زغال پس از خردایش ، از چشمه ها عبور می کند وبه نوار نقاله ، انتقال می یابد. مواد سخت تر از زغال که درشت تر از چشمه ها باشند از انتهای دستگاه خارج می شوند . و از طریق نوار نقاله مستقیماً به دپوی مواد باطله هدایت می گردند.
زغالسنگ خرد شده بعد از این مرحله وارد قسمت دانه بندی می گردد.دانه بندی یکی از مهمترین مراحلی است که در کلیه عملیات استخراج وشستشو کاربرد وسیعی دارد وشامل جدایش ترکیبی از مواد ناهمگن به دو گروه ابعادی درشت وریز است. اهداف این مرحله شامل موارد زیر می باشد.
1. جلوگیری از ورود ذرات بسیار ریز موجود در بار اولیه زغال به منظور افزایش ظرفیت وبازدهی وکاهش خفگی در محفظه دستگاه وجلوگیری از خرد شدن مجدد ذرات.
2. دانه بندی زغال پس از مراحل خردایش به منظور تهیه بار اولیه دستگاههای ثقلی مانند واسطه سنگین ،جیگ وغیره.
3. بازیابی ذرات تشکیل دهنده واسطه سنگین ( مانند ذرات منیتیت ) از دو بخش کنسانتره وباطله زغال.
4. دانه بندی زغال به ابعادی که قابل فروش باشد.
5. آبگیری از زغال.
6. طبقه بندی به منظور سنگ جوری قطعات ناخالص باقی مانده بر روی سرند.
سرندهایی که در صنایع شستشوی زغال به می روند به شش گروه تقسیم می شوند.
1. سرندهای جدا کننده (per wet screen). برای جدایش ناخالصیها از نرمه های زغال قبل از عملیات خردایش.
2. سرندهای آماده ساز، برای طبقه بندی زغال به رده های مختلف به منظور شستشو با وسایل مختلف ( واسطه سنگین ، فلوتاسیون)
3. سرندهای مقدماتی تر، برای حذف نرمه های زغال قبل از جدایش مکانیکی ذرات زغال.
4. سرندهای واسطه سنگین ، به منظور بازیابی واسطه سنگین واستفاده مجدد آن در مدار شستشو.
5. سرندهای نرمه گیری ، برای نرمه زدایی زغال.
6. سرندهای آبگیری، برای جدایش آب از زغال.
سرندها معمولاً سطحی دارند که در آن تعداد زیادی چشمه با ابعاد واشکال مختلف (مانند میله های فولادی ) ، صفحات مشبک فولادی با چشمه های مربعی، مستطیلی و دایره ای با سیم های بافته شده از جنس فولاد، مس یا برنز ویا از الیاف های غیر فلزی ، تعبیه شده است. زغالی که با سطح سرند تماس حاصل می کند بسته به بعضی پارامترها یا در سطح سرند باقی می ماند ویا از آن عبور می کند . ذراتی که ابعادشان در حدود 5/0 تا 5/1 برابر چشمه سرند است به ذرات نزدیک به چشمه سرند اطلاق می شود.این مواد به ندرت از چشمه سرند عبور می کنند وباز دهی عملیات سرند را کاهش می دهند . با ارتعاش سرند، حرکت زغال در سطح سرند آغاز می شود، به گونه ای که ذرات درشت در سطح فوقانی وذرات ریز با عبور از ذرات درشت تر در قسمت تحتانی سرند قرار می گیرند ( لایه بندی سرند) بدون لایه بندی احتمال عبور ذرات بسیار کم است .

[ghasem motamedi]

کک سازی و تولید مواد شیمیایی (http://www.zarand.blogfa.com/post-17.aspx)

وظيفه اصلی بخش تولیدات كك و مواد شیمیایی تولید كك بعنوان ماده سوختـنی و احیاء كننده اصلی دركـوره بلنـد مـی باشـد .
مقدمه :
کک متالورژی ماده ای متخلخل است و در کوره بلند به کار می رود که یکی از مصارف عمده کک در صنایع متالورژیکی می باشد. کک در کوره بلند نقش های مختلف تأمین انرژی ، احیاء کانه های آهن ، ایجاد تخلخل برای عبور گازهای احیاء کننده و کربوره کردن چدن را دارا می باشد. در کوره کوپل نیز کک بعنوان سوخت و عامل احیاء کننده مصرف می شود. لازم به ذکر است که کک در صنایع ریخته گری نیز کاربرد دارد.
زغال های خاصی جهت تولید کک متالورژی بکار می روند و خواص زغال سنگ تعیین کننده خواص کک تولیدی است. مواد غیر آلی زغال سنگ موسوم به استریل بوده و در کک بصورت خاکستر باقی می ماند و تاثیراتی بر عملکرد کوره بلند می گذارد. وجود خاکستر در کک سبب افزایش مصرف کک و سنگ آهک در کوره بلند و کاهش ظرفیت تولید باطری های کک سازی می شود.
کک دارای درصدی از گوگرد وفسفر است درنتیجه مهمترین عامل ورود گوگرد و فسفر به فرآیند تولید فولاد ، کک می باشد. گوگرد و فسفر جزء عناصر مضر در فولادها می باشند.


كارگاه ذغال
كارگاه ذغال وظیفه دریافت ذغال ازمعادن ذخیره سازی و تهیه شـارژ مناسب حهت باتریهای كك سـازی را به عهده دارد این كارگاه متشكل از تجهیزات انباشت و برداشت ذغال سرند خـردكـن و 40 عدد سیلو جهت ذخیره سازی ذغال بـه ظـرفـیت 100هـزار تـن ذغـال می باشد .



كارگاه كك سازی
این كارگاه تولید كك از ذغال سنگ وارسال ان به بخشهای كوره بلند وآگلومراسیون می باشد كارگاه كك سازی متشكل ازدوباطری يكی دارای 8 5 سلول ودیگری دارای 72 سلول است این كارگاه ذغال سنگ مورد نیاز خود رااز كارگاه ذغال دریافت نموده وسپس به وسیله ماشین شارژ حدود 21 تا22 تن ذغال از برج ذغال تحویل ودر سلولهای كك شارژ می گردد آنگاه درمدت معین (به نام پریود كك كه بین 15 تا 19 ساعـت مـی بــاشد ) فرایند تبدیل ذغـال بـه كـك صورت می گیرد .

كارگاه بازیابی مواد
وظیفه كارگاه بازیابی مواد تصفیه مقدماتی گاز كك تولید شده توسط باطریهااست. دراین كارگاه قطران سولفات آمونیوم بنزول خام و فنلات سدیم , جدا شده و این گاز برای تصفیه نهایی به كارگاه تولید اسید سولفوریک ارسال می شود ازگاز باقیمانده به عنوان یک ماده سوختنی در نیروگاه ذوب آهن وهمچنین كوره های نورد وتولیدات نسوز استفاده می شود .

كارگاه پالایش بنزول
كارگاه پالایش بنزول از سه واحد بنزول خام پالایش قطران وتولید فنل تشكیل شده است وظایف این كارگاه به شرح زیر می باشد الف- دریافت بنزول خام از كارگاه بازیابی مواد وتولید محصولات بنزنی شامل بنزن تولوئن گسیلن وسولونت در واحـد پـالایش بنـزول .
ب - دریـافت قطران از كارگاه بازیابی مواد , جهت تولیـد فراورده های قطرانی و دریافت فنلات سدیم ازكارگاه بازیابی مواد .



كارگاه اسید سولفوریك
وظیفه این كارگاه جداسازی گاز هیدروژن سولفـوره ازگـازكــك وتولید اسید سولفوریك در اثر واكنشهای شیمیایی بااستفاده ازكاتالیزور پنتااكسید وانادیوم ونیز تصفیه نهایی گاز كك می باشد .

[ghasem motamedi]

واحد کلوخه سازی (Sinter Plant)


برای افزایش خواص نفوذپذیری و احیایی بار کورۀ بلند، لازم است تا بار کوره از نظر فیزیکی و متالورژیکی آماده سازی شود. آماده سازی بار کوره با کلوخه‎سازی آن توسط واحدهای کلوخه‎سازی یا گندله‎سازی انجام می‎شود. مواد خام ورودی به واحد کلوخه‎سازی شامل پربارۀ سنگ معدن، ضایعات حامل آهن نظیر غبار و لجن گاز خروجی کورۀ بلند، ضایعات نورد و ریخته‎گری ... است.

مواد خام پیش از آن که تحت عملیات کلوخه‎سازی قرار گیرند، با مقداری مواد گدازآور، آهک، اولیوین (Olivine)، غبار جمع‎آوری شده، پوستۀ نورد، لجن گاز خروجی از کورۀ بلند و مواد برگشتی از واحد کلوخه‎سازی پس از سرند، بصورت اولیه مخلوط و درون مخازن مواد اولیه ذخیره می‎شوند. سوخت مصرفی در فرایند کلوخه‎سازی، کک پسماند با اندازۀ کمتر از 5 میلیمتر است. کک پسماند محصول برگشتی از واحد کک‎سازی است که برای مصارف دیگری از جمله کلوخه‎سازی، درون مخازن انبار می‎شوند. پسماند کک پیش از رسیدن به انتهای مسیر کلوخه‎سازی به طور کامل می‎سوزد.




http://forum.noandishaan.com/images/statusicon/wol_error.gifThis image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 814x545 and weights 77KB.http://img98.com/images/86hiz12rt7qbkm3d2i26.jpg



تعداد و نوع آلاینده‎های گاز خروجی در مسیر کلوخه‎سازی شامل ذرات غبار، فلزات سنگین (که بیشتر حاوی ترکیبات آهن و سرب است)، کلریدهای قلیایی، دی‎اکسید گوگرد، دی‎اکسید نیتروژن، اسید کلریدریک، اسیدفلوریدریک، هیدروکربن‎ها، مونواکسید کربن، گازکربنیک و مقدار ناچیزی ترکیبات PAH است.

در پایان مسیر کلوخه‎سازی از یک یا دو جعبۀ هوا برای خنک کردن کلوخه‎ها استفاده می‎شود. خنک کننده‎ها ممکن است به صورت یکپارچه در مسیر کلوخه‎سازی قرار داشته و یا مستقل از این تاسیسات باشند. کلوخه‎ها توسط جریان هوا خنک و پیش از انتقال به کورۀ بلند در اندازه‎های 4 تا 10 میلیمتر و 20 تا 50 میلیمتر غربال می‎شوند. کلوخه‎‎هایی با اندازۀ 0 تا 5 میلیمتر و 10 تا 20 میلمتر به ابتدای مسیر کلوخه‎سازی برگشت داده می‎شوند.

در واحدهای کلوخه‎سازی اروپایی، به ازای هر تن کلوخه، 1125 تا 1920 با میانگین 1480 میلیون ژول انرژی حرارتی و 68 تا 176 با میانگین 105 میلیون ژول الکتریسیته مصرف می‎شود.

مقادیر مصرف و انتشار در واحد کلوخه‎سازی


مواد ورودی و خروجی‎ یک واحد کلوخه‎سازی در شکل زیر و داده‎های مربوط به 5 واحد کلوخه سازی در 4 کشور اتریش، بلژیک، آلمان و هلند به سال 1996 میلادی در جداول (1) و (2) نشان داده شده است. داده‎های مذکور، مربوط به انتشار گاز خروجی (از مسیر کلوخه‎سازی، خنک کننده‎ها، غبارگیرها و ...) به هوا بعد از استفاده از تصفیه کننده است.





http://forum.noandishaan.com/images/statusicon/wol_error.gifThis image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 692x609 and weights 42KB.http://img98.com/images/gin9xp0epg3od1o8bxix.jpg



http://forum.noandishaan.com/images/statusicon/wol_error.gifThis image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 1055x276 and weights 55KB.http://img98.com/images/6yispi4hyjurit81jzt.jpg



http://forum.noandishaan.com/images/statusicon/wol_error.gifThis image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 984x484 and weights 102KB.http://img98.com/images/i3wu2vdmbsksjd396o3.jpg


حجم گاز خروجی در مسیر کلوخه‎سازی بسیار زیاد و در حدود 1500 تا 2500 مترمکعب به ازای هر تن کلوخه است. ضریب انتشار گاز خروجی به هوا در بخش‎های مختلف واحد کلوخه سازی در جدول (3) آورده شده است.





http://forum.noandishaan.com/images/statusicon/wol_error.gifThis image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 997x357 and weights 73KB.http://img98.com/images/vswnfbmiu6bt8b0lw5.jpg

انتشار گاز خروجی

در واحد کلوخه‎سازی به ازای تولید هر تن کلوخه، 2100 مترمکعب گاز خارج شود. انتشار آلاینده‎ها به هوا از تاسیسات کلوخه‎سازی به ویژه در مسیر کلوخه‎سازی از لحاظ محیط زیست به شدت حائز اهمیت است. آلاینده‎های منتشره به هوا در یک واحد کلوخه‎سازی عبارتند از:

1) غبار. آنالیز کمی بر روی توزیع اندازۀ ذرات غبار در مسیر کلوخه‎سازی قبل از استفاده از غبارگیر نشان دهندۀ 2 نقطۀ ماکزیمم، یکی غبار درشت 100 میکرومتر و دیگری نرمۀ غبار 1/0 تا 1 میکرومتر است. گراف توزیع اندازه ذرات در شکل زیر نشان داده شده است.




http://up.iranblog.com/7/1263074398.jpg


نرمه غبار که اغلب شامل کلریدهای بازی است، با تشکیل لایۀ عایق بر روی الکترودهای سیستم جمع کنندۀ غبار، بهره‎وری آنرا کاهش می‎دهد. ترکیب ذرات درشت غبار وابسته به شارژ است. این ذرات با بازده زیاد توسط ته‎نشین کننده یا جداکننده‎های الکترومغناطیسی (Electrostatic Precipitators: ESP) جدا می‎شوند.




http://www.misteliminators.org/images/aqe/electro-diag.jpg


2) فلزات سنگین. انتشار فلزات سنگین به هوا نظیر سرب، جیوه، روی و ... بسیار حائز اهمیت است. در طول فرایند کلوخه‎سازی محصولات حاوی سرب نظیر PbCl2، PbO-PbCl2 و گاهی PbCl4 تشکیل شده که اغلب به صورت بخار بوده و وارد فاز گازی می‎شوند. به علت وجود ذرات بسیار ریز PbCl2 ، حجم ذرات سرب در گاز خروجی بیش از 70 میلی‎گرم در هر مترمکعب از گاز خروجی که معادل 150 گرم به ازای هر تن کلوخه است. بهره‎وری کم سیستم‎های جداکننده الکترواستاتیک برای جمع‎آوری ذرات ریز سرب سبب شده تا همواره مقداری سرب در حین عملیات کلوخه‎سازی وارد گاز خروجی شود. مهمترین عامل تشکیل کلریدهای سرب، غلظت ترکیبات کلردار موجود در بار کانسنگ آهن (700-200 گرم به ازای هر تن کانسنگ آهن) است. در حالیکه غلظت سرب موجود در کانسنگ آهن که در حدود 40 تا 100 گرم به ازای هر تن کانسنگ آهن است، نقش موثری در افزایش انتشار ذرات کلرید سرب ندارد.

جیوه در حین عملیات کلوخه‎سازی به طور مستقیم وارد فاز گازی می‎شود. مقدار جیوه در گاز خروجی به غلظت آن در بار کانسنگ آهن بستگی دارد. در صورت استفاده از جداکننده‎های الکترو استاتیکی، مقدار جیوه 15 تا 54 میکروگرم به ازای هر مترمکعب از گاز خروجی، معادل 38 تا 136 میلی گرم به ازای هر تن کلوخه است.




http://www.hydrosonics.net/samplesites/sinterplant/sinterafter.jpg



غلظت فلز روی موجود در کانسنگ آهن 200 تا 700 گرم به ازای هر تن آن است. گاز خروجی از واحد کلوخه‎سازی حاوی 50 میلی‎گرم به ازای هر مترمکعب از گاز خروجی، معادل 100 گرم فلز روی به ازای هر تن کلوخه است. دمای فرایند کلوخه‎سازی که به شدت تحت تاثیر مقدار کک موجود در بار است، تاثیر قابل توجهی بر تبخیر فلز روی می‎گذارد.

[ghasem motamedi]

آماده سازی مواد اولیه برای تولید آهن و فولاد




http://forum.noandishaan.com/attachment.php?attachmentid=340&stc=1&d=1263116923




سری اول فایل های استاندارد آماده سازی مواد اولیه برای تولید آهن


(توضیح: شماره برخی استانداردها در ورژن 2004 با جدول بالا متفاوت است)


A 99 - 82 ... Standard Specification for Ferromanganese.pdf (http://forum.noandishaan.com/attachments/358d1263124039-99-82-standard-specification-ferromanganese-pdf)


A 100 - 93 ... Standard Specification for Ferrosilicon.pdf (http://forum.noandishaan.com/attachments/359d1263124039-100-93-standard-specification-ferrosilicon-pdf)


A 101 - 93 ... Standard Specification for Ferrochromium.pdf (http://forum.noandishaan.com/attachments/360d1263124039-101-93-standard-specification-ferrochromium-pdf)


A 102 - 93 ... Standard Specification for Ferrovanadium.pdf (http://forum.noandishaan.com/attachments/361d1263124039-102-93-standard-specification-ferrovanadium-pdf)


A 132 - 89 ... Standard Specification for Ferromolybdenum.pdf (http://forum.noandishaan.com/attachments/362d1263124039-132-89-standard-specification-ferromolybdenum-pdf)

سری دوم فایل های استاندارد آماده سازی مواد اولیه برای تولید آهن


(توضیح: شماره برخی استانداردها در ورژن 2004 با جدول پست دوم متفاوت است)

A 144 - 73 ... Standard Specification for Ferrotungsten.pdf (http://forum.noandishaan.com/attachments/363d1263124233-144-73-standard-specification-ferrotungsten-pdf)

A 323 - 93 ... Standard Specification for Ferroboron.pdf (http://forum.noandishaan.com/attachments/364d1263124233-323-93-standard-specification-ferroboron-pdf)

A 324 - 73 ... Standard Specification for Ferrotitanium.pdf (http://forum.noandishaan.com/attachments/365d1263124233-324-73-standard-specification-ferrotitanium-pdf)

A 481 - 94 ... Standard Specification for Chromium Metal.pdf (http://forum.noandishaan.com/attachments/366d1263124233-481-94-standard-specification-chromium-metal-pdf)

A 482 - 93 ... Standard Specification for Ferrochrome-Silicon.pdf (http://forum.noandishaan.com/attachments/367d1263124233-482-93-standard-specification-ferrochrome-silicon-pdf)
سری سوم فایل های استاندارد آماده سازی مواد اولیه برای تولید آهن

(توضیح: شماره برخی استانداردها در ورژن 2004 با جدول پست دوم متفاوت است)

A 483 - 64 ... Standard Specification for Silicomanganese.pdf (http://forum.noandishaan.com/attachments/368d1263124568-483-64-standard-specification-silicomanganese-pdf)

A 495 - 94 ... Standard Specification for Calcium-Silicon Alloys.pdf (http://forum.noandishaan.com/attachments/369d1263124568-495-94-standard-specification-calcium-silicon-alloys-pdf)

A 550 - 78 ... Standard Specification for Ferrocolumbium.pdf (http://forum.noandishaan.com/attachments/370d1263124568-550-78-standard-specification-ferrocolumbium-pdf)

A 601 - 96 ... Standard Specification for Electrolytic Manganese Metal.pdf (http://forum.noandishaan.com/attachments/371d1263124568-601-96-standard-specification-electrolytic-manganese-metal-pdf)

[ghasem motamedi]

باری که در کوره بلند یا راکتورهای احیا مستقیم مورد استفاده قرار می گیرد به طور کلی کلوخه یا آگلومره می باشد .
کلوخه:
کلوخه سنگ معدنی است که فقط مرحله ی کاهش ابعاد تا حد خرد کردن (کاهش ابعاد از30م م تا 10م م) روی آن انجام شده است.
آگلومراسیون:
به کلیه ی فرآیندهایی که منجر به افزایش ابعاد بار می شوند آگلومراسیون گویند.
نتایج آگلومراسیون:
1- افزایش ابعاد
2- افزایش احیاپذیری
3- بهبود ترکیب شیمیایی
4- کاهش چسبندگی بار داخل کوره
5- کاهش تورم بار (در حین احیا)
6- افزایش سرعت ذوب
فرآیندهای صنعتی آگلومراسیون:
1- سینترسازی
2- پلت سازی
3- بریکت سازی
4- کلینکرسازی
البته فرآیندهای بریکت ساری وکلینکرسازی صنعتی وکاربردی نشده اند.
سینترسازی:
عبارتست از چسباندن خرده ها به هم که به محصول این روش سینتر گفته می شود .از سینترسازی برای آماده کردن بار کوره بلند تولید آهن استفاده می شود.از سینترسازی برای تولید فلزات دیگر نظیر مس نیز استفاده می شود.
پلت سازی:
عبارتست از چسباندن نرمه ها به هم که به محصول این روش گندله یا پلت گفته می شود .از پلت سازی برای تولید بار رآکتورهای احیای مستقیم تولید آهن استفاده می شود.

تفاوت سینتر با پلت:
1- از نظرشکل ظاهری:پلت کروی شکل است در حالی که سینتر شکل منظمی ندارد.
2- ازنظرتخلخل:تخلخل سینتر از نوع ماکروسکوپی است یعنی با چشم قابل دیدن است در حالی که تخلخل پلت از نوع میکروسکوپی می باشد.
لازم به ذکر است که سینتر وپلت را نمی توان به جای یکدیگر استفاده کرد. سینتر چون احیاپذیری لازم راندارد در کوره های احیا مستقیم استفاده نمی شود وپلت نیز چون استحکام کافی ندارد در کوره بلند قابل استفاده نیست.
پلت سازی:
ایده ی تولید پلت از زمانی آغاز شد که برای تغلیظ کانه های آهن مجبور شدند سنگ آهن را تا اندازه ای زیر میلی متر خرد یا آسیاب کنند که به طور مستقیم قابل مصرف در فرآیند سینترسازی و کوره بلند نبود.اصول تولید پلت به این صورت است که کنستانتره سنگ آهن به صورت نرمه را با یک چسب نظیر بنتونیت و آب مخلوط می کنندودر یک استوانه یا دیسک دوار وارد می کنند بر اثر کشش سطحی و خاصیت مویینگی پلت هایی با قطر 10تا30میلی متر تولید می شود این پلت ها دردمای بالا حدود 1000درجه ی سانتی گراد پخته می شوند در طی حرارت دیدن بر اثر تبلور مجدد وفعل وانفعالات شیمیایی چسب و ایجاد فازهای شیشه ای پلت سخت می شود .
میزان رطوبت گندله خام از مشخصات مهم کیفیت یک گندله خام است زیرادر صورت عدم وجود رطوبت کافی استحکام مناسب برای خرد نشدن گندله خام تا کوره پخت تامین نگردیده و همچنین خرد شدن گندله های خام تولیدی بر اثر فشار بار را موجب می شود.
مزایای پلت:
1- شکل کروی و اندازه ی یکنواخت و نزدیک به هم پلت ها
2- یکنواختی ترکیب شیمیایی
3- خاصیت اسیدی دارد (که البته عیب هم می تواند باشد)
مراحل تولید پلت:
1-تولید تیله های اولیه
2-پخت
روش های تولید تیله های اولیه:
1- استوانه دوار
2- دیسک دوار
-استوانه دوار :پلت های تولیدی از نظر اندازه در این روش قابل کنترل نیستند. همچنین در این روش یک مرحله سرند کردن نیز داریم که به علت خام بودن پلت ها بیشترشان در اینجا از بین می روند.
-دیسک دوار :سرعت دوران دیسک در این روش معمولا هفتاد تا هشتاد درصد سرعت بحرانی (سرعتی که بار به بالاترین نقطه دیسک رفته و سقوط می کند ) است. مزیت این روش این است که یک جدایش طبیعی بین گندله ها ایجاد می کند وپلت های درشت تر از سیستم خارج می شوند.
-عوامل موثر در اندازه پلت های تولیدی:
1-ارتفاع لبه:هر چه ارتفاع لبه بیشتر باشد اندازه پلت ها نیز درشت تر می شود.
2-زاویه ی دیسک:هر چه زاویه دیسک بیشتر زمان باقی ماندن بار در دیسک کمتر و پلت ها ریز تر خواهند شد.
3-سرعت شارژ بار: هر چه سرعت شارژ بیشتر زمان باقی ماندن کمتر و پلت ها ریزتر خواهند شد.
پخت:
پخت شامل مراحل زیر می باشد:
1-خشک کردن
2- پخت
3-خنک کردن
درناحیه ی خشک کردن وپیش گرم شدن اکسیداسیون قسمتی از مگنتیت ،تکلیس کربنات ها،تبخیر آب ساختمانی،ایجاد باندهای اکسیدی جامد و رشد دانه ها را خواهیم داشت.
در ناحیه ی پخت تکمیل مرحله ی اکسیداسیون و رشد دانه ها و واکنش شیمیایی بین گانگ پلت و مواد اضافه شده وچسب ها را خواهیم داشت.