رفتن به مطلب
XMEHRDADX

نگاهی به فرآیندهای تولید آهن و فولاد

پست های پیشنهاد شده

توليد فولاد در يك مجتمع فولادسازي از طريق چندين فرآيند وابسته به يكديگر صورت مي‌پذيرد. فرآيندهاي مهم، شامل كك‌سازي، كلوخه‌سازي، توليد چدن و فولاد خام، متالورژي پاتيلي، ريخته‌گري پيوسته بوده كه در نهايت توليد محصولات نهايي سرد و گرم انجام مي‌شود.

 

عمليات فولادسازي ثانويه بدين صورت است كه آهن قراضه از طريق ذوب و تصفيه در كوره‌هاي قوس الكتريك (EAFs) براي فولادسازي بازيافت شده و پس از آن فرآيندهاي بعدي مشابه يك مجتمع فولادسازي روي آن صورت مي‌پذيرد.

 

واحدهاي فرآيندي اصلي در كارخانه‌هاي فولادسازي و توليد آهن كه در آنجا معمولا تركيبي از سوخت احتراقي انجام مي‌شود و گازهاي آلاينده و گازهاي گلخانه‌اي به‌وجود مي‌آيد، شرح زير است:

 

ـ واحد گندله‌سازي

 

ـ دودكش احتراق باتري كك‌سازي

 

ـ برج كوپر

 

ـ هل دادن كك

 

ـ دودكش خروجي شعله كوره BOF

 

ـ پاتيل بازگرم كن

 

ـ كوره بازگرم كن

 

ـ كوره آنيلينگ (خنك‌كننده)

 

ـ بويلر

 

 

شرح مختصري از توسعه پايدار فرآيند فولادسازي

 

سيستم جابه‌جايي مواد اوليه (RMHS)

 

RMHS شامل واگن/ كاميون (تجهيزات تخليه)، ذخيره‌سازي و مخلوط‌كن، زغالشويي و تعدادي تجهيزات نوار نقاله است. معمولا در بخش جابه‌جايي از انرژي برق استفاده مي‌شود. علاوه بر اين امروزه توليد آهن احياي مستقيم (DRI) يك ورودي اقتصادي به حساب مي‌آيد.

 

 

گندله‌سازي

 

فرآيندي است براي بهبود كيفيت بار و متحد‌الشكل كردن اندازه تا قابليت نفوذناپذيري در داخل كوره بلند و نيز استفاده از نرمه سنگ‌آهن ميسر شود. اين فرآيند از دو نوع سوخت گازي و انرژي الكتريكي استفاده مي‌كند. به دليل مقررات زيست‌محيطي سخت‌تر امروزه گندله‌سازي را به كلوخه‌سازي ترجيح مي‌دهند.

 

 

كلوخه‌سازي

 

واحدهاي كلوخه‌سازي محصولات باطله آهن‌دار مانند (گندله، نرمه، گردوغبار، پوسته نورد، سرباره BOF، گردوغبار دودكش) را به موادي تبديل مي‌كند كه اگر به كوره بلند شارژ شوند به موادي قابل بازيافت با بهره‌وري بالا تبديل مي‌شوند. در فرآيند كلوخه‌سازي سوخت گازي در كوره استفاده مي‌شود و كك به‌عنوان سوخت جامد در مخلوط با مواد اوليه و انرژي الكتريكي براي موتورهاي دودزا و ديگر تجهيزات گردان استفاده مي‌شود. مواد شارژي در فرآيند كلوخه‌سازي، شامل نرمه سنگ‌آهن، پسمانده كك، مواد برگشتي (از جمله گردوغبار كوره بلند، پوسته نورد و ديگر محصولات جنبي فولادسازي)، نرمه‌هاي سرد و گرم بازيافتي از فرآيند كلوخه‌سازي و مواد تميزكاري (مانند سنگ آهك، پودر سنگ‌ آهك و ساير مواد افزودني لازم براي توليد محصول كلوخه‌اي با تركيب شيميايي و تناژ مورد نياز) هستند.

 

اين محصول يك ماده سخت ذوب به نام كلوخه (Sinter) است كه براي شارژ در كوره بلند مناسب است. نكته قابل توجه اين است كه بيشترين گازهاي گلخانه‌اي توليدي در كارخانه كلوخه‌سازي پس از تميز شدن گاز از طريق دودكش آن خارج مي‌شود. Co2 از طريق احتراق سوخت (COG يا گاز طبيعي) و از كربن در مواد شارژي مانند سنگ آهك، نرمه كك و ساير مواد كربن‌دار به‌وجود مي‌آيد. كلوخه‌سازي يك فرآيند پايدار است كه از مواد باطله توليدي در واحدهاي توليد آهن و فولادسازي‌ها، مواد اوليه‌اي با ارزش افزوده بالا توليد مي‌كند كه در غير اين‌صورت بايد آن را بيرون ريخت.

 

 

كك‌سازي

 

كك يك محصول كربن‌دار است كه از تقطير حرارتي زغال‌سنگ در درجه حرارت بالا در غياب هوا در باتري‌هاي كك‌سازي تشكيل مي‌شود. كك به كوره بلند شارژ مي‌شود تا يك فضاي احيا ايجاد كند و نيز نقش يك ماده سوختي را بازي مي‌كند. در اين فرآيند اگر مواد فرّار محتوي گاز سوخت به‌طور مستقيم از بالاي كوره براي تغليظ جمع‌آوري شود، به آن كوره بازيافتي مي‌گويند، در غير اين صورت گاز باطله باتري‌هاي كك‌سازي مستقيما براي توليد برق سوزانيده مي‌شود و به اين كوره نوع غيربازيافتي مي‌گويند.

 

خنك كردن سريع (Quenching) خشك كك (به‌جاي خنك كردن سريع‌تر) را مي‌توان براي بازيافت محسوس حرارت استفاده كرد كه در غير اين صورت در هنگام كم كردن ميزان گردوغبار و نيز مصرف آب اين حرارت در كك تلف خواهد شد. در فرآيند كك‌سازي غيربازيافتي، گاز خام باتري كك‌سازي و ديگر محصولات توليدي توسط فرآيند كك‌سازي در باتري محترق مي‌شوند كه توان بالقوه‌اي را براي بازيافت حرارت و برق به‌طور همزمان ايجاد مي‌كند. زماني‌كه باتري‌ها (ovens) تحت فشار و درجه حرارت پايين كار مي‌كنند در آن درجه حرارت تمام آلاينده‌هاي بالقوه به تركيبات قابل احتراقي تبديل مي‌شوند و اين فناوري تمام محصولات جانبي را مصرف كرده و بيشترين پتانسيل براي خروج يا نشست هوا طي فرآيند كك‌سازي و آلودگي آب در فرآيند سنتي بازيافت محصولات جنبي را حذف مي‌كند.

 

 

توليد آهن توسط كوره بلند

 

كوره بلند اساس مجتمع فولادسازي است كه حداكثر 55 تا 70 درصد انرژي مصرف مي‌كند. آهن از احياي مواد آهن‌دار با يك گاز گرم در كوره بلند توليد مي‌شود.

 

يك كوره بلند بزرگ با آستر نسوز از بالا با گندله سنگ‌آهن (taconite)، كلوخه، گدازنده‌ها (سنگ آهك و دولوميت) و كك شارژ مي‌شود كه سوخت و شرايط و محيط احيا در كوره را ايجاد مي‌كند. به تعداد زيادي از كوره بلندهاي مدرن نيز پودر زغال يا ساير مواد كربن‌دار براي احياي ميزان كك لازم تزريق مي‌كنند. اكسيدهاي آهن، كك، زغال و گدازنده‌ها با هواي گرم كوره كه از ته كوره تزريق مي‌شود واكنش نشان داده آهن مذاب احيا شده، كربن مونواكسيد (CO) و سرباره توليد مي‌شود. چدن مذاب و سرباره جمع شده در بوته در پايه كوره به‌صورت دوره‌اي يا فاصله زماني از كوره تخليه مي‌شود. گاز كوره بلند (BFG) در بالاي كوره جمع شده و براي مصرف به‌صورت سوخت در بوته كوره‌بلند و ساير قسمت‌هاي فولادسازي بازيافت مي‌شود. بخش اعظم GHG (گازهاي گلخانه‌اي) از دودكش بوته كوره‌بلندها كه در آنجا گازهاي احتراق از كوره تخليه مي‌شود به خارج مي‌رود. كربن موجود در CO2 عمدتا مربوط به كك و زغالي است كه به‌عنوان سوخت مصرف مي‌شود. مقدار كمي از گاز خروجي مي‌تواند مربوط به شعله باشد كه به لوله‌هاي انتقال گاز و از تهويه اضطراري كوره بلند نشت مي‌كند.

 

كك دو نقش مهم احياكنندگي و سوخت را دارد و همچنين يك نقش فيزيكي محوري در خلق يك بار قوي، نفوذپذير بازي مي‌كند كه اين امكان را مي‌دهد كه زهكشي سرباره و فلز نيز به‌خوبي انجام شود. هدف محققان اين است كه از ميزان مصرف زغال كك‌شو و انرژي كه كمياب هستند، كم كند. امروزه به جاي كك، تزريق كربن (گردوغبار زغال/ قطران/ CH4) از طريق اكسيژن به همراه غني‌سازي O2در دمش گرم به‌كار گرفته مي‌شود.

 

براي بهبود بهره‌وري در كوره بلند مدرن فشار زيادي در بالاي آن ايجاد مي‌شود كه منبع بالقوه انرژي محسوب مي‌شود. توربين‌هاي بهبود فشار بالا براي بازيافت فشار (انرژي پتانسيل) در كوره استفاده مي‌شود، اگرچه اختلاف فشار بين كوره و آتمسفر پايين است، حجم زيادي از گاز را مي‌توان از فشار كوره به‌طور اقتصادي بازيافت كرد. اين توربين مي‌تواند تقريبا 36ـ14 كيلووات ساعت/ تن چدن مذاب توليد كند.

 

گازهاي خروجي برج گرم‌كننده هواي دم را مي‌توان براي پيش‌گرم كردن هواي احتراق كوره بلند استفاده كرد. سيستم‌هاي مختلفي به‌كار گرفته شده تا از ميزان مصرف سوخت بين 20 تا 21 كيلووات ساعت/ تن چدن مذاب در كوره بازيافت حرارت (Recuperator) كم مي‌شود.

 

 

واحد ذوب فولاد (SMS)

 

كوره اكسيژني قليايي (BOF) يك ظرف بزرگ دهن باز گلابي‌شكل است كه داخل يا آستر آن با مواد نسوز قليايي پوشش داده مي‌شود كه آهن مذاب توليدي از كوره بلند و آهن قراضه به داخل آن شارژ مي‌شود و با تزريق پرفشار اكسيژن بسيار خالص براي حذف كردن به‌صورت CO و CO2 تصفيه و پالايش شده و فولاد اوليه توليد مي‌شود.

 

حجم زيادي از CO از طريق واكنش در BOF با احتراق در دهانه كوره در BOF مجهز به هود باز (احتراق باز) به CO2 تبديل مي‌شود كه هواي بيرون را به داخل كشيده يا توسط شعله‌ور شدن پس از تميز كردن گاز در كوره‌هاي اكسيژني قليايي با هود كاملا بسته (احتراق بسته) انجام مي‌شود.

 

تميز كردن گاز يا توسط تميزكننده‌هاي گاز ونچوري (Venturi Scrubbers) يا ته‌نشين‌كننده‌هاي الكترواستاتيك براي BOF با هود باز انجام مي‌شود، اما به‌دليل خطرات ناشي از انفجار ته‌نشين‌كننده‌هاي الكترواستاتيك (در صورتي كه آنها را در مسير گاز كه CO فراوان است به‌كار گرفته شود) فقط مي‌توان از تميزكننده‌هاي گاز ونچوري روي كوره اكسيژني قليايي (BOF) با هود بسته استفاده كرد. نقطه خروج گاز CO2 از BOF لوله گاز خروجي از كوره است كه از طريق دودكش پس از تميز كردن گاز تخليه مي‌شود. كربن موجود در ‍CO2 خروجي عمدتا از آهن يا قراضه سرچشمه مي‌گيرد. كربن مي‌تواند از طريق مواد گدازنده و ديگر فرآيندهاي افزودني كه به كوره شارژ مي‌شوند در حد كمتري وارد BOF شود. سيستم خنك‌كننده غيرمستقيم مدار بسته با خنك‌كننده‌هاي Fin-Fan (فن پره‌اي) هوايي و آبي (بدون املاح) براي هود BOF و خنك كردن لوله اكسيژن براي ذخيره‌سازي آب به‌كار گرفته مي‌شود.

 

كوره‌هاي قوس الكتريك براي توليد فولادهاي كربني و فولادهاي آلياژي استفاده مي‌شود كه عمدتا از طريق شارژ قراضه انجام مي‌شود كه به آن روش ثانويه مي‌گويند. كوره قوس به شكل استوانه‌اي است كه آستر آن را با نسوز مي‌پوشانند و مجهز به الكترود است كه مي‌توان از طريق سقف كوره آن را بالا و پايين برد. پس از آنكه آهن قراضه شارژ مي‌شود، الكترودها پايين آورده مي‌شود و ذوب قراضه با انرژي الكتريكي اتصالي به الكترودهاي كربني شروع به ذوب مي‌كند. مشعل‌هايي كه با اكسيژن مي‌سوزند و لوله‌هاي اكسيژن براي تامين انرژي شيميايي استفاده مي‌شوند، مشعل‌هاي اكسيژني كه با گاز طبيعي تغذيه شده و توليد شعله مي‌كنند، گرما را به آهن قراضه انتقال مي‌دهد. بعضي از كارخانه‌هاي EAF كه معمولا فولادهاي مخصوص و ضدزنگ توليد مي‌كنند از كربن‌زدايي آرگون ـ اكسيژن (AOD) استفاده مي‌كند تا فولاد مذاب به دست آمده از كوره قوس الكتريك را براي توليد فولاد كم كربن تصفيه كند. در ظرف AOD گازهاي آرگون و اكسيژن به انتهاي ظرف دميده مي‌شوند و كربن و اكسيژن واكنش نشان مي‌دهند تا CO2 و CO توليد شود كه از ظرف جدا مي‌شوند. خروج CO2 از كوره قوس الكتريك عمدتا طي فرآيندهاي ذوب و تصفيه صورت مي‌پذيرد كه كربن را به صورت CO و CO2 از مواد شارژي و الكترودهاي كربني يا زغالي جدا مي‌شوند تا مقادير كمتري CO2 از مصرف مشعل‌هاي اكسيژني توسط كوره‌هاي قوس الكتريك مجهز به اين مشعل‌ها توليد شود و CO باقيمانده در محفظه احتراق CO مجاور مي‌سوزد. خروج گازهاي گلخانه‌اي از كوره قوس الكتريك جمع‌آوري شده و به كيسه‌هايي براي جداسازي ذرات ريز (PM) آن فرستاده مي‌شود.

 

فولاد توليد شده توسط BOF و EAF همين مسير را پس از آنكه فولاد مذاب از كوره ريخته مي‌شود، دنبال مي‌كند. گرم كردن پاتيل در كارگاه ذوب به انرژي زيادي نيازمند است، خود ‌EAF يا BOF و ايستگاه LMF (كوره متالورژي پاتيلي) يا كارخانه‌هاي متالورژي ثانويه نيز انرژي بالايي مصرف مي‌كند.

 

پيش‌گرمايي پاتيلي ضعيف مي‌تواند اثر عميقي روي كارآمدي انرژي در SMS بگذارد. پيش‌گرم كردن پاتيل تا 1150 درجه سانتيگراد اثر بسيار مثبتي براي كارآمدي كلي انرژي و بهره‌وري مانند كاهش زمان تخليه (tap-to-tap) دارد. پيش‌گرمايي پاتيلي بر مبناي سوخت اكسيژني مي‌تواند موجب بهبود سريع و چشمگيري در مصرف كلي انرژي در مقايسه با كاهش مصرف انرژي در خود پيش‌گرم‌كننده‌هاي پاتيلي شود.

 

فولاد مذاب از متالورژي پاتيلي به ريخته‌گري پيوسته انتقال پيدا مي‌كند كه فولاد را به اشكال نيمه نهايي (اسلب، بلوم، بيلت، مقاطع گرد و ديگر اشكال و مقاطع) ريخته‌گري مي‌كند و از دستاوردهاي اخير ريخته‌گري فولاد مذاب به محصول نهايي است كه از ميزان مصرف انرژي بسيار كم مي‌كند.

 

 

واحدهاي نورد و كوره Rh

 

در واحدهاي نورد محصولات نهايي فولادي ساخته مي‌شود. در اين بخش نيز به علت مصرف انرژي گازهاي آلاينده توليد مي‌شود. محصولات نيمه نهايي فرآيند بيشتري مي‌شوند، مانند آنيلينگ، نورد گرم، نورد سرد، عمليات حرارتي، اسيدشويي، اندودكاري، گالوانيزه كردن كه نيازمند انرژي است كه موجب توليد گازهاي گلخانه‌اي مي‌شود.

 

 

نتيجه‌گيري

 

هدف هر مجتمع فولادسازي كاهش مصرف انرژي و حفظ محيط‌زيست است، يكي از روش‌هاي دستيابي به اين اهداف استفاده از آخرين فناوري است. يك نقشه راه خوب براي تعيين معيار و رديابي و كنترل جامع مصرف انرژي و منابع طبيعي در بخش فولاد نيازمند زمان است تا اين فاصله را كاهش دهد.

 

براي حفظ محيط‌زيست و منابع طبيعي بايد به مساله كاهش توليد مواد باطله و بازيافت اين مواد كه در حقيقت مي‌تواند مواد اوليه مفيدي باشد توجه كرد. در اين راستا كارهاي تحقيقاتي در جهت حفظ منابع طبيعي در بخش فولاد و حفظ انرژي تا سال 2020 در دست انجام است كه مي‌تواند از مصرف مواد اوليه، انرژي كم و فولادهاي مرغوب‌تري با هزينه پايين‌تر توليد كرد.

 

 

منبع: Worldsteel

معدن و توسعه454

به اشتراک گذاری این ارسال


لینک به ارسال

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از ۷۵ اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به عنوان یک لینک به جای

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.


×
×
  • جدید...