جستجو در تالارهای گفتگو

فرایند فولادسازی به معنای ساده یعنی تصفیه مذاب آهن و اضافه کردن عناصر آلیاژی برای ایجاد خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی مناسب در فولاد یه مجتمع فولادسازی یکپارچه بخش های مختلفی رو داره که واحدهای اصلی رو به این ترتیب می تونیم نام ببریم : 1) واحد تولید مواد اولیه (سینترینگ، گُندله سازی، کک سازی) در این واحدها عملا مواد اولیه برای تزریق به کوره های آهن سازی، آماده سازی و یا تولید می شوند. 2) آهن سازی : روش های مختلفی برای تولید آهن وجود داره که به سه دسته کلی روش سنتی (کوره بلند)، روش احیای مستقیم و روش احیا/ذوب تقسیم می شن. این روش ها چه تفاوتی با هم دارن؟ خیلی ساده تفاوتشون رو می تونیم بر اساس نوع ماده احیا کننده و شکل اونها طبقه بندی کنیم. شارژ اصلی کوره های آهن سازی می دونیم که سنگ آهن هست. سنگ آهن مشابه بسیاری از سنگ های معدنی حاوی اکسیدهای عناصر مختلف هست به طبع سنگ آهن در وهله اول حاوی غلظت بالایی از اکسیدهای آهن با ظرفیت های مختلف هست یعنی هماتیت، مگنتیت و ووستیت به علاوه اکسید عناصر دیگر هم به همراه اکسیدهای آهن وجود دارن این اکسیدها تا غلظت معینی در مرحله آهن سازی باید حذف بشن، به عبارتی تصفیه بشن این تصفیه کردن همون عملیات اکسیداسیون و احیاست در واقع کاری که در کوره های آهن سازی انجام می شه واکنش های احیایی حاصل از گازهای احیا کننده با اکسیدهای موجود در سنگ آهن هست. اگر برگردیم به تقسیم بندی روش های آهن سازی، گفته شد که یکی از مهمترین پارامترهای متغییر در این روش ها، تغییر در ماده احیا کننده است. یعنی در روش کوره بلند از کک برای تولید گاز احیا کننده CO استفاده می شه و در روش احیای مستقیم از گاز طبیعی این موضوع رو تا اینجا داشته باشیم، بریم سراغ بخش فولادسازی 3) فولادسازی: چرا اساسا باید مذاب آهن رو به فولاد تبدیل کنیم؟ مهمترین دلیلش حضور درصد بالایی از کربن تو مذاب آهن هست. با افزایش درصد کربن، چقرمگی فولاد می ره بالا، یعنی انعطاف پذیریش کم می شه این کاهش انعطاف پذیری باعث می شه تا گاهی اوقات حتی فولاد با یک ضربه بشکنه ! پس تو مرحله فولادسازی، درصد کربن در کوره تنظیم می شه، همچنین درصد سایر عناصر در واقع با تزریق کربن و اکسیژن به کوره و واکنش های احیا و اکسیداسیون، درصد این عناصر مطابق با فولاد درخواستی با ترکیب شیمیایی معلوم در هنگام بارریزی تنظیم می شه. تو مرحله بعد آلیاژ سازی فولاد رو داریم 4) متالورژی یا فولادسازی ثانویه کاری که تو این مرحله انجام می شه اضافه کردن یه سری عناصر آلیاژیه چرا این عناصر رو تو همون مرحله قبل اضافه نمی کنن؟ چون در هنگام تزریق اکسیژن و کربن، این عناصر واکنش می دن و عملا از فاز مذاب فولاد خارج می شن چرا می گن فولادسازی ثانویه ؟ چون یه مرحله فولادسازی پیش از این انجام شده در عمل در این مرحله کاری که انجام می شه، رسوندن فولاد به ترکیب مورد نظر برای گرفتن خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی مورد نظر هست. 5) ریخته گری تو این مرحله مذاب از پاتیل های نگهدارنده در مرحله متالورژی ثانویه، مستقیما قالب ریزی می شن و یا به مرحله ریخته گری پیوسته فرستاده می شن. خب ! این آشنایی خیلی مختصر از جریان فولادسازی بود و به این دلیل بیان شد که فرایند اصلی رو بشناسیم. قطعا توضیحات بیشتر رو در مورد فولادسازی در فاصله همین تاپیک می دم. اما هدف از این تاپیک ترمودینامیک یکی از دروس مشترک بین تمامی رشته هاست و البته یکی از دروس پایه بسیاری از ما می دونیم، آنتالپی و آنتروپی و انرژی آزاد چیه. می دونیم اکتیویته و پتانسیل شیمیایی یعنی چی. می دونیم نمودار ریچاردسون به چه دردی می خوره. محلول ها رو می شناسیم و روابطشون رو می دونیم و بعضا مثل آب خوردن می تونیم انرژی آزاد mix رو حساب کنیم. اما زمانی که ارتباط این موارد مطرحه، بعضا به مشکل می خوریم. هدف از این تاپیک بررسی کاربردی علم ترمودینامیک هست، البته در سطح همون تعاریف و پارامترهایی که می دونیم. این کار رو می تونیم تو زمینه فولادسازی انجام بدیم برای اینکه نتیجه عملی این کار رو داشته باشیم. تمام اطلاعات اولیه شامل واکنش ها و انرژی آزاد، نمودارهای دو فازی و سه فازی و ... در مورد فولاد سازی رو هر جا لازم شد، من میذارم. بعضا در جاهای مورد نیاز مقادیر محاسبه شده توسط نرم افزار FactSage رو هم قرار می دم. در مورد FactSage هم در صورت نیاز توضیحات بیشتر رو می ذارم، اما همگی می دونیم که نرم افزار محاسبات ترمودینامیک هست. سوال رو اینطور مطرح کنیم که : مواد اولیه با ترکیب شیمیایی مشخص و وزن معلوم داریم فولاد ایکس با ترکیب شیمیایی معلوم رو می خوایم برای راحتی کار کوره رو از نوع قوس الکتریکی انتخاب می کنیم و شارژ کوره رو قراضه فولاد. تو پست بعدی در مورد ترکیب شیمیایی دقیق مواد اولیه و فولاد مورد نظر به همراه واکنش ها فولاد سازی توضیح می دم. همچنین یه مختصری از کوره قوس الکتریکی و روش کارش. ممنون می شم اگر شما هم از هر رشته ای که با ترمودینامیک آشنا هستید، در این تاپیک حاضر بشید و اطلاعاتتون رو در اختیار دیگران قرار بدید و کمک کنید به پیشبرد محاسبات

توجه : برداشت از مطالب این تاپیک تنها با ذکر مرجع آن ([Hidden Content]) مجاز است. اچ. وای. ال. سه یکی از متداول ترین روش های احیای مستقیم پرباره‎های سنگ آهن است. اساس احیای مستقیم گندله یا کلوخۀ سنگ آهن در روش اچ. وای. ال. سه توسط گازهای احیاکنندۀ اکسید کربن و هیدروژن، تولیدی از گاز طبیعی طراحی شده است. فرایند اچ. وای. ال. سه از دو قسمت تشکیل شده، قسمت اول شامل راکتور مبدل گاز طبیعی با بخار آب حاوی کاتالیزور برای تولید گاز احیاکننده، شامل اکسید کربن و هیدروژن است. قسمت دوم، بخش احیا است. اجزای تشکیل دهندۀ بخش احیا شامل گرمکن گاز است که دمای گاز احیا کننده را تا 930 درجۀ سانتیگراد، افزایش می‎دهد. سیستم شست و شو دهنده گاز، غبارگیر، سردکنندۀ گاز، سیستم حذف بخار آب و گازکربنیک از گاز خروجی، سایر تجهیزات این روش‎اند. در این روش مخلوط گاز احیایی تولیدی شامل 72 درصد هیدروژن و 16 درصد اکسیدکربن، از تغییر فرم گاز طبیعی با بخار آب در یک مبدل تولید می‎شود. روش اچ. وای. ال. سه در مقایسۀ با فناوری‏های مشابه احیای مستقیم، دمای گاز احیا کننده حدود 50 درجۀ سانتیگراد و فشار آن به طور متوسط 6 بار از روش‏های مرسوم، بیشتر است. با توجه به استفاده از بخار آب برای تغییر فرم گاز طبیعی (و عدم استفاده از گاز خروجی کوره)، در این روش می‏توان از سنگ آهن با گوگرد به نسبت بیشتر، استفاده کرد. برای پیشگرم شدن گاز طبیعی در مبدل تولید گاز احیاکننده، گاز طبیعی از راکتور بازیابی گرما ، عبور داده و سپس گوگردزدایی می‏شود تا گوگرد آن به کمتر از 1 قسمت در میلیون کاهش پیدا کند. در فرایند احیا به روش اچ. وای. ال سه، بار جامد تحت نیروی وزن خود، از بالا به سمت پایین کوره حرکت کرده و توسط جریان گاز احیایی بالا رونده، گرم و احیا می‏شود. در قسمت مخروطی شکل پایین کوره، بار احیا شده در کوره با گاز خنک کننده غنی شده با گاز طبیعی، سرد و کربن می‎گیرد. محصول کورۀ احیا در این روش می‏تواند به صورت آهن اسفنجی سرد و خشته یا به صورت مذاب باشد. مقدار کل انرژی مصرفی در فرایند اچ. وای. ال. سه برای تولید آهن اسفنجی 2.5 گیگا کالری به ازای هرتن و برای تولید خشته 2.6 گیگا کالری به ازای هرتن است. مقدار مصرف انرژی در روش اچ. وای. ال. سه به ازای تولید هرتن آهن اسفنجی و خشته، در جدول زیر آمده است. کربن موجود در آهن اسفنجی اغلب به صورت کاربید و ناشی از واکنش متان یا اکسید کربن با آهن است. تولید کاربید در اثر واکنش آهن با متان گاز طبیعی، یک واکنش گرماگیر بوده و ترکیب آهن با اکسید کربن یک واکنش گرمازا است : برای افزایش درصد کربن آهن اسفنجی باید مقدار بیشتری متان، به داخل راکتور، تزریق شود، اگرچه با توجه به ماهیت گرماگیر بودن واکنش، دمای گاز احیا کننده در منطقه احیا، کاهش پیدا می‎کند، که ممکن است بر روی درجۀ فلزی آهن اسفنجی و در کل روی بازده کوره اثر منفی داشته باشد. از ویژگی های عمده برای انتخاب واحدها میزان ایجاد آلاینده های آن واحدهاست که برای واحد اچ. وای. ال. سه در جدول زیر ثبت و طرح تاسیسات احیای مستقیم به روش اچ. وای. ال. سه در شکل زیر نشان داده شده است. موارد مصرف آهن اسفنجی به درجۀ فلزی و میزان کربن آن و در ضمن درجۀ فلزی نیز خود به درصد کربن وابسته است. این وابستگی در جدول زیر نشان داده شده است.