Download
1 / 32
E N D
توليد آهن 1 کوره بلند
کوره بلند • اساس روش: موادآهن دارمانند كانه آهن همراه با كك وموادگدازآور(بصورت كلوخه يا گندله) ازبالاي كوره شارژ شده وهواي پيشگرم شده از پايين كوره دميده مي شود . دراثرسوختن كك درپايين كوره حرارت كافي و اتمسفرمناسب(CO) براي احياء كانه هاي آهن و ذوب شدن آهن وسرباره ايجادمي شود. • اساس تکنولوژی: يك تنوره با ارتفاع زياد و بوته اي در پايين براي نگهداري مذاب و سرباره، سرباره و فلز مذاب هركدام ازمجراي خود در پايين كوره هرچند مدت يك بار تخليه مي‌شود . • واکنش ها: • احيایاكسيدهاي آهن با پتانسيل اكسيژن بالا (مانند هماتيت) دربالا ( در دمای كمتر) • احياء اكسيدهايي مانند وستيت وسايرمواد (ماننداحياءسيليس) در پايين ( در دمای بالا و بيشترين خاصيت احياكنندگي گازها)
کوره بلند • قسمتهای مختلف: • 1- پي ها ، ستونها و • تجهيزات نگهدارنده • 2- بوته، شكم، تنوره و دهانه • 3- پوسته
کوره بلند- قسمتهای مختلف • پی ها، ستونها و تجهيزات نگهدارنده : بايد توان تحمل 15 هزار تن وزن (کوره + بار) را داشته باشد (تعدادی تيرآهن نگهدارنده با بستري از بتن مسلح به ضخامت تا 4متر). • بوته:قسمت استوانه‌اي كوره كه در آن چدن مذاب و سرباره نگهداري مي شود( سرباره دربالا وچدن مذاب در پايين بوته) • مجراهای بوته: خروج چدن و سرباره و ورود هوا ( بالاي بوته )
کوره بلند- قسمتهای مختلف - بوته(ارتفاع : معمولا حدود 3 متر) مقطعي از ساختمان کف بوته كوره بلند
کوره بلند- قسمتهای مختلف - بوته(ارتفاع : معمولا حدود 3 متر) مقطعي از مجراي خروج سرباره (ارتفاع حدود 2 متر از کف)
کوره بلند- قسمتهای مختلف – منطقه احتراق تجهيزات دم و لوله دمش هوا (اصلی و کمکی)
کوره بلند- قسمتهای مختلف – ناحيه احتراق • ناحيه A : حدود 75 سانتيمتر به داخل كوره- واكنش سوختن كامل كربن : گازدي اكسيدكربن + 32804 كيلوژول گرما به ازاي يك كيلوگرم كربن • ناحيه B:(100 تا 120 سانتيمتر در داخل کوره با احتساب ناحيه A- واكنش گرماگيرگازي شدن كربن • در مجموع واکنش زير رخ می دهد: • ترکيب گاز کوره بلند در ناحيه شکم: • حدود 35 درصد مونوکسيد کربن و حدود 65 درصد نيتروژن • در صورت حضور رطوبت واکنش گرماگير زير رخ می دهد
کوره بلند- قسمتهای مختلف – ناحيه احتراق – غنی سازی هوای ورودی با رطوبت و اکسيژن • يک مول آب بايک مول کربن = يک مول مونوکسيد کربن ويک مول هيدروژن • بيش از دو مول هوا با دو مول کربن = دو مول مونوکسيد کربن و مقادير زيادی نيتروژن بی اثر • در صورت وجود رطوبت و تامين انرژی لازم برای واکنش گرماگير توليد CO با بخار آب، گاز احيا کننده غنی تری از هوای مرطوب توليد می گردد. • با غنی کردن هوای ورودی به کوره با اکسيژن، واکنش های توليد CO توسط احتراق ناقص بيشتر شده و از سوی ديگر حرارت ناشی از آن امکان مصرف بيشتر رطوبت در هوای ورودی را می دهد = افزايش چشمگير بازده توليد حرارت و گاز احيا کننده در ناحيه شکم کوره بلند
کوره بلند- قسمتهای مختلف -شکم • شكم كوره: ( مخروط ناقص، قاعده بزرگ آن به تنوره و قاعده كوچك به بوته)، علت: • 1- هنگاميكه بار ازبالاي شكم بطرف پايين مي‌آيد ، به تدريج خميري شده و حجم آن كاهش مي‌يابد(چرا؟)، سطح مقطع شكم از بالا به پايين به تدريج كم مي‌شود تاتماس گاز با مواد به خوبي صورت گيرد. • 2- حجم گازها از سطح لوله هاي دم بطرف بالاي شكم زياد مي‌شود بنابراين براي داشتن سرعت ثابت ، قطر شكم به طرف بالا زياد مي‌شود.
کوره بلند- قسمتهای مختلف - تنوره • تنوره: تمام قسمت هاي كوره بلند كه بالاي شكم قرارگرفته اند(به شكل مخروط ناقص بوده و قاعده بزرگ آن بطرف پايين)، علت: • 1- تنظيم پايين آمدن بار و كاهش اصطكاك جانبي • 2- كاهش گرد و غبار (گيرافتادن گردو غبار قسمتهای پايينی در قسمتهای بالايي) • 3- توزيع منظم گاز در تمام مقطع كوره • دربيشتركوره ها ، در بالاي منطقه مخروطي شكم ، ناحيه اي به شکل استوانه قرار دارد كه كمربند ناميده شده است.
کوره بلند- قسمتهای مختلف - تنوره • ارتفاع تنوره تابع عوامل زير است: • 1- مقاومت مكانيكي كك • 2- سرعت احياء اكسيد هاي آهن يا احيا پذيري بار كوره بلند
کوره بلند- قسمتهای مختلف – دهانه (استوانه ای) • قطر دهانه دركاهش گرد وغبار خروجي از کوره بلند تاثير بسزايي دارد و بصورتي انتخاب مي‌شود كه سرعت خروج گاز زياد نباشد و گرد وغبار كمتري را با خود حمل كند.
محاسبات کوره بلند • حجم مفيد كوره بلند • الف- حجمي از كوره كه بين مجراي تخليه چدن و بالاترين سطح بار قرار گرفته است. • ب- حجمي كه بين سطح لوله هاي دم و بالاترين سطح بار قرار گرفته است. • حجم مفيد کوره بلند را مي توان ازرابطه زير بدست آورد : • P : توليد چدن در 24 ساعت بر حسب تن • V : حجم بار لازم براي توليد يك تن چدن • T : زماني كه بار از بالاي كوره تا حدود لوله هاي دم مي‌رسد • حجم مخصوص کوره بلند:حجمي‌كه براي تهيه يك تن چدن در نظر گرفته مي‌شود: • هر چه كانه (ماده اوليه حاوی کانه) مصرفي غني تر و قابليت احياء آن بيشترباشد (مصرف كك كمتر) ، دمش هوا بيشتر و دماي آن بالاتر (تا حد بهينه) باشد، حجم مخصوص كمتر خواهد بود. (حجم مخصوص كوره بلند از2.5مترمكعب به كمتر از0.7 متر مكعب كاهش يافته است).
محاسبات کوره بلند- روابط تجربي براي تعيين ابعاد كوره بلند • اگرفرض شود حجم مفيد كوره بلند (حجم ازسطح بار تاسطح لوله هاي دم) فقط از دومخروط ناقص با ابعاد نشان داده شده درشکل تشكيل شده باشد: • زوايا به ترتيب بين 75 تا 82 و84 تا 87 درجه تغيير می کند. • رابطه تجربي بين قطر دهانه كوره قطر شكم : • براي باردانه ريز و پر عيار • براي بار دانه درشت و كم عيار
محاسبات کوره بلند- روابط تجربي براي تعيين ابعاد كوره بلند • قطر بوته تابعي است از: مقدار ككی كه در واحد زمان و واحد سطح مي سوزد و شدت احتراق • رابطه مقابل ميزان مصرف كك در 24 ساعت (C) را نشان می دهد: • P توليد روزانه چدن • m ميزان مصرف كك به ازاء هر تن چدن • شدت احتراق از رابطه مقابل محاسبه می گردد: • (مقدارتجربی : 0.7 تا 1 تن بر متر مربع در ساعت) • قطر بوته طبق رابطه مقابل محاسبه می شود:
کوره بلند- واکنشها • مناطق واکنشی کوره بلند: • 1- منطقه بالايي کوره بلند يا ناحيه پيشگرم يا منطقه آماده سازي • 2- منطقه مياني يا احياء غير مستقيم • 3- منطقه پايين يا فرآوري يا ذوب يا منطقه احياء مستقيم • تعريف: در کوره بلند احيا با گاز CO را احياگازی يا احيای غير مستقيم و احيا با کربن را که واکنشی گرماگير است و معمولا در دماهای بالا انجام می گيرد را احيای مستقيم • می گويند.
کوره بلند- واكنشهاي منطقه بالايي کوره بلند(پيشگرم) • شرايط: • محدوده: 6-4 متراز سطح • محدوده دمايي : 400 تا 900 درجه سانتيگراد • بار ورودي :از دماي محيط به دماي 800 درجه سانتيگراد • گازهايي رسيده از ناحيه مياني از دماي 900 درجه سانتيگراد به دماي200-100 • واکنشها: • 1- تجزيه كربنات‌هاي فلزي و اكسيداسيون بخار فلزات • 2- تبخير رطوبت و آب مولكولي • 3- واكنش رسوب كربن • 4- احياء اكسيدهاي آهن
واكنشهاي منطقه بالايي کوره بلند(پيشگرم) - واكنش رسوب كربن • شرايط: • گرمازا (در دماهاي كم بهترانجام مي شود ) • افزايش توليد با افزايش فشار • محدوده دمايي600- 450 درجه سانتيگراد • کربن راسب شده به صورت گرافيت (دوده) و سمنتيت • مزايا: • واكنش رسوب كربن گرمازا است و به گرم شدن سريع بار ورودي كمك مي‌كند . • معايب: • 1- ريز بودن ذرات كربن راسب شده (دوده) خطرخارج شدن آنها همراه با گاز خروجي از كوره بلند وجوددارد • 2- ذرات ريز كربن (دوده) بسيار فعال است و دردماهايي بسيار كمتر از کربن كك ، با دي اكسيد كربن تركيب و واكنش گازي شدن انجام مي شود : واكنش بودوارد درناحيه بالاي كوره آغاز مي‌شود و طول منطقه احياء غيرمستقيم را كوتاه مي‌كند : طول منطقه احياء مستقيم زياد مي‌شود : افزايش مصرف كك • 3- كربن حاصل از واكنش رسوب ، بدليل ريزبودن ذراتش در حفره هاي آجرهاي نسوز ديواره كوره بلند رسوب كرده و باعث تخريب آنها مي شود .
واكنشهاي منطقه بالايي کوره بلند(پيشگرم) - احياء اكسيدهاي آهن • پتانسيل احيايي گاز در بالاي كوره بلند به اندازه ای است که هماتيت از همان زماني كه بار وارد كوره بلند شده مي تواند احياء شود. • درصد احياء هماتيت: تابع اندازه ذرات ، طبيعت كانه و شدت فلوي گاز احياکننده است . • اگردانه بندي كانه درشت باشد و يا كانه داراي تخلخل زيادي نباشد، لايه بيروني آن به اكسيدهاي پايين تر احياء شده اما لايه دروني آن احياء نمي شود . • مگنتيت عمدتاً در محدوده دمايي 900-700 درجه سانتيگراد به وستيت احياء مي شود . • واكنشهاي احياء دراين ناحيه بصورت غيرمستقيم (احياء با گاز منواكسيدكربن) انجام مي شود . • عملاً احياء كامل هماتيت به مگنتيت و مگنتيت به وستيت در ناحيه بالايي رخ نمي‌دهد .
کوره بلند- واكنشهاي منطقه مياني(منطقه احياء غير مستقيم) • شرايط: • محدوده: از 6-4 متراز سطح بار تا 3-5 متر بالای لوله های دمنده • محدوده دمايي : 800 تا 1000 درجه سانتيگراد • مدت زمان عبور بار: دو و نيم تا سه ساعت • واکنشهای مهم: • 1- احياء مگنتيت به وستيت كامل شده و احياء غيرمستقيم وستيت كه حاصل احياء هماتيت و مگنتيت درناحيه بالايي است انجام مي شود . • 2- كربوره شدن آهن (در ناحيه مياني كوره بلند، بعلت دماي بالا، امكان رسوب كربن بصورت كربن خالص (اکتيويته واحد) وجود ندارد اما امكان كربوره شدن آهن تازه احياء شده بصورت جامد وجود دارد – واکنش متاثر از فشار مونوکسيد و دی اکسيد کربن (ص85)
کوره بلند- واكنشهاي منطقه پايين كوره بلند • شرايط: • محدوده: از 3-5 متر بالای لوله های دمنده تا مجرای تخليه مذاب • محدوده دمايي : حدود 1800 درجه سانتی گراد ( ممکن است به 2000 درجه سانتيگراد برسد) • كلسينه شدن سنگ آهك • احياء مستقيم FeO • احياء مستقيم 2SiO • احياء مستقيم دی اکسيد منگنز • احياء مستقيم اکسيد فسفر • واكنشهاي گوگردزدايي • سوختن گرمازاي كربن كك • احياء گرماگير 2CO • واكنش گرماگير آب (رطوبت) با كربن
سرباره – مفاهيم اوليه • تعريف: • مخلوط مذابی از اکسيدها و سيليکاتهای فلزات است که ممکن است ساير ترکيبات مانند فسفاتها، بوراتها و کربناتها و کاربيدها، سولفيدها و هاليدها نيز در آن وجود داشته باشد. • وظايف سرباره : • محافظت مذاب از آلودگی توسط اتمسفر کوره • عايق کردن مذاب • منبعی برای جذب مواد ناخواسته (کنترل ترکيب شيميايي مذاب) • خواص تامين کننده وظايف: • نقطه ذوب کمتر از مذاب، سياليت بالا و تماس موثر با مذاب و پوشاندن سطح مذاب • چگالی کمترمذاب : قرار گرفتن بالای مذاب و قابل جداکردن به روش ثقلی • ترکيب شيميايي مناسب: جذب ناخالصی ها و خواص فيزيکی مناسب • دمای بالاتر از مذاب (انتقال حرارت از سرباره به مذاب است)
سرباره – مفاهيم اوليه- ضريب بازيسيته • تعريف: • نمادی است برای بيان اجزای مهم ترکيب شيميايي و پيش بينی رفتار سرباره که عبارتست از نسبت مجموع درصد اکسيدهای بازی به مجموع درصد اکسيدهای اسيدی . • اکسيدهايي که در رابطه ضريب بازيسيته در نظر گرفته می شود وابسته به روش و مرحله توليد آهن و فولاد است.
سرباره – سرباره کوره بلند • مشخصات: • ترکيب پايه: سيليکا- آلومينا- آهک • درصدها: 40تا70 درصد سيليکا، 10 تا 20 درصد آلومينا، مابقی آهک • نقطه ذوب: کمتر از 1400 درجه سانتيگراد (دياگرامهای سه تايي) • مواد افزودنی: • اکسيدهای منيزيم و منگنز با رفتار بازی و توليد کننده سيليکاتهاي با دمای ذوب پايين، اين سيليکاتها در درصد های کم سيلسيم مفيد تر بوده و در مقدار بهينه منجر به کاهش موثر نقطه ذوب (چند صد درجه) می شوند. • بيش از 10 درصد اکسيد منگنز منجر به افزايش مجدد نقطه ذوب می گردد. • اکسيدهای بازی معمولا باعث افزايش سياليت می شوند (البته به مقدار بهينه) (متن جزوه ص : 85-92 و 95)
کوره بلند- واكنشهاي منطقه پايين کوره بلند- گوگرد زدايي • منبع: • مواد اوليه آهن دار و کک (80 درصد) و ساير سوختهای مصرفی • به صورت: سولفيد آهن، سولفيد کلسيم و مواد آلی گوگرد دار • رفتار گوگرد در کوره بلند : • جدب توسط سرباره : حدود 85 درصد • خروج به صورت گاز: حدود 13 درصد • باقی مانده در محصول: حدود 2 درصد
کوره بلند- واكنشهاي منطقه پايين کوره بلند- گوگرد زدايي • روشهای حذف: • اکسيداسيون به صورت گاز – در اتمسفر اکسيدی کلوخه سازی و تشويه • تبديل گوگرد به سولفيد های غير محلول در مذاب - ورود به سرباره در اتمسفر احيايي کوره بلند • بيشترين مقدار گوگرد زدايي هنگام عبور قطرات مذاب از لايه سرباره انجام می گيرد.
کوره بلند- واكنشهاي منطقه پايين کوره بلند- گوگرد زدايي • روشهای ورود گوگرد به مذاب • 1- انحلال گاز گوگرد در مذاب • 2- واکنشهای زير وابسته به ترکيب شيميايي گوگرد در ماده اوليه – سولفيد يا سولفات:
کوره بلند- واكنشهاي منطقه پايين کوره بلند- گوگرد زدايي • بر اساس نمودارهای الينگهام در شرايط منطقه پايينی کوره بلند پايداری سولفيدهای فلزی رايج به ترتيب زير است : • سولفيد کلسيم، سولفيد سديم، سولفيد منيزيم، سولفيد منگنز و سولفيد آهن • عناصري مانند كلسيم ، سديم ، منيزيم و منگنز (با اكتيويته مناسب در سرباره ) مي توانند گوگرد را از آهن مذاب جذب كنند .
کوره بلند- واكنشهاي منطقه پايين کوره بلند- گوگرد زدايي • جذب گوگرد محلول در مذاب، به وسيله اکسيد کلسيم: • بهبود گوگرد زدايي در کوره بلند توسط CaO: • ا- بالابودن پتانسيل احيايي سرباره : کاهش FeO = پيشرفت گوگرد زدايي • 2- افزايش بازيسيته سرباره: افزايش CaO = پيشرفت گوگرد زدايي • 3- افزايش ضريب اکتيويته گوگرد در مذاب
