علم و دانشمهندسی شیمی

فرآیندهای ساخت آهن بر اساس تکنولوژی بستر سیال

محمدرضا فرزان
نوشته شده توسط محمدرضا فرزان

فولاد امروز توسط دو فرایند فولادسازی، کوره اکسیژن وکوره قوس الکتریکی تولید می شود. سه نوع مواد ورودی آهن برای هر دو فرآیند مایع فلز داغ یا به صورت جامد مثل چدن ،آهن مستقیم احیا شده و ضایعات فولاد (DRI) و(HBI)
فلز داغ، چدن، DRI و HBI مواد آهن خامی هستند، که از سنگ آهن تولید می شود که با نام تکنولوژی های ساخت آهن شناخته می شوند.فرآیندهای جدید آهن سازی بر اساس تکنولوژی بستر سیال در دو دهه گذشته توسعه یافته اند.
مزیت اصلی این فن آوری این است که سنگ معدن آهن را می توان به طور مستقیم در فرآیند ها،بدون نیاز به پخت و گندله سازی که در سایر پروسه ها باید انجام شود استفاده کرد.

بررسی تاریخی توسعه فرآیند

توسعه در صنعت آهن و فولاد در گذشته با کاهش هزینه مواد ورودی آهن برای تولید فولاد، به عنوان مثال، هزینه انرژی و سنگ معدن آهن همراه بوده است.امروزه محدودیت آلاینده ها و گازهای گلخانه ای به یک مسئله اضافی تبدیل شده است .

فرآیندهای DR

اولین توسعه برای استفاده ازتکنولوژی بستر سیال (FB) برای احیاء سنگ معدن آهن برای تولید DRI / HBI در ۱۹۵۰ آغاز شد.فرآیندهای H-Iron و Nu-Iron ، بعد به نام HIB خوانده شد از تحولات پیشگام بود که آنها در رسیدن به مقیاس صنعتی موفق نبودند.

روند FIOR توسط ESSO، ایالات متحده آمریکا توسعه یافته و اولین فرآیند به صورت تجاری بود.

کارخانه FIOR در سال ۱۹۷۶ در ونزوئلا فعالیتش را آغاز کرد که تا سال ۲۰۰۰ ادامه داشت.

فن آوری جانشین FIOR ®، FINMETاست که به یک سرمایه گذاری مشترک بین اورینوکو آهن، ونزوئلا (موسس FIOR در ونزوئلا) وتکنولوژی زیمنس VAI در اتریش توسعه یافته است.

این توسعه منجر به فعالیت دو کارخانه های صنعتی، یکی در غرب استرالیا و دیگری در ونزوئلا، هر یک با ظرفیت ۲ میلیون تن HBI در سال شد.

فرآیند Circored® که یک فرآیند DR توسط اوتوتک (لورگی سابق) با استفاده از هیدروژن به عنوان یک گاز احیاء که ازرفورمینگ گاز طبیعی تولید شده توسعه یافت.

این فرآیند از یک کارخانه تجاری در ترینیداد با ظرفیت ۵۰۰۰۰۰ تن در سال، در سال ۲۰۰۰ شروع شد وتوسعه یافت.

فرآیندهای SR

مفهوم فرآیند جدید SR در ژاپن در ۱۹۸۰ بررسی شد.

و در سال ۱۹۸۸ با آغاز فرآیند DIOS، که به طرح توسعه ملی متشکل از تمام تولید کنندگان پیشرو فولاد ژاپن بود به اوج خود رسید.

تست پایلوت در اواسط ۱۹۹۰ با موفقیت انجام شد، هر چند این فرآیند هرگز به صورت تجاری انجام نشد.

در همین زمان فرآیند HIsmelt® توسط ریو Tinto، پیشرو معدن سنگ آهن از اوایل ۱۹۸۰s توسعه داده است.

پس از انجام آزمون موفق راکتور ذوب در مقیاس پایلوت در Kwinana، استرالیا، تصمیم به ساخت یک کارخانه در مقیاس صنعتی برای تولید ۸۰۰۰۰۰ تن فلز گرم در هر سال نزدیک به محل کارخانه آزمایشی گرفته شد.

تکنولوژی سیستم سیال در گردش به نام CircoheatTM توسط اوتوتک بر اساس تکنولوژی خود از فرآیندهای Circored® و Circofer® عرضه شد.

کارخانه HIsmelt® با CircoheatTM اولین تولید فلز داغ را در سال ۲۰۰۵ آغاز کردند.

این کارخانه در سال ۲۰۰۹ به دلیل وضعیت دشوار اقتصادی که نتیجه ی بحران مالی در سراسر جهان بود تعطیل ، اما به زودی با توجه به بهبود شرایط مجددا راه اندازی شد.

یکی از تولید کنندگان پیشرو فولاد، پوسکو در کره ،و زیمنس VAI پیشرو سازنده کارخانه متالورژی فلزات، توافق نامه همکاری های مشترک برای توسعه فرایند FINEX® در سال ۱۹۹۲، را امضا کردند که منجر به راه اندازی دو کارخانه تجاری FINEX در در پوهانگ کره برای تولید فلز داغ با ظرفیت سالانه ۹۰۰۰۰۰ و ۱٫۵ میلیون تن شد.

طرح سیستم های احیاء بستر سیال در پروسه ساخت آهن

توسعه طرح سیستمهای بستر سیال برای فرآیندهای SRو DRوابسته به شرایطی است از جمله:

  • تولید محصول با کیفیت مطلوب،
  • بهره وری بالا،
  • سرمایه گذاری و هزینه های عملیاتی کم،
  • در دسترس بودن و نگهداری کم هزینه،
  • استفاده از ارزان ترین مواد اولیه و منابع انرژی با کمترین هزینه ،
  • حداقل تاثیر بر محیط زیست.

در بخش های زیر مفهوم سیستم احیاء بستر سیال برای دسته ای از فرآیندهای پیشرفته صنعتی مورد بحث قرار خواهد گرفت.

H-Iron :

یک راکتور سیال چند مرحله ای برای احیای پودر اکسید آهن خالص بوسیله گاز هیدروژن توسط مرکز تحقیقات هیدرو کربن و بتلهم استیل گسترش داده شد.

این راکتور در دمای ۵۰۰-۴۵۰ و فشار atm 46 عمل میکند.

برای اینکه راکتور در دماهای مناسب عمل کند و برای تولید پودر آهن غیر چسبنده و غیر متخلخل و همچنین افزایش سرعت واکنش، فشار بالا مورد نیاز است .

۹۸% اکسید آهن تولید شده از پایین ترین مرحله تخلیه شده و در مراحل میانی و بالاترین مرحله به ترتیب به ۸۷% و ۴۷% میرسد.

هیدروژن فقط ۵% استفاده می شد،بنابراین لازم است که گاز خروجی پس از خشک شدن باز گردانده شود.

محصول بسیار آتش زا آهن قبل از ذخیره سازی توسط N2 در ۸۷۰-۸۱۰ تحت عمل قرار میگیرد.این محصول در صنایع پودر و بازیافت متالورژی کاربرد دارد.

این پروسه با ظرفیت ۵۰ تن در روز توسط شرکت فولاد آلن وود و ۱۰۰ تن در روز توسط شرکت استیل بتلهم مورد آزمایش قرار گرفت.راکتور بستر سیال واحد با ظرفیت ۵۰ تن دارای ابعاد ۱٫۷ متر قطر داخلی و ۲۹ متر ارتفاع بود.

Nu-Iron

Nu-Iron که به عنوان پروسه HIB شناخته می شود توسط شرکت فولاد ایالت متحده آمریکا گسترش داده شد.بعد از خشک کردن و پیش گرمایش در بستر سیال ،سنگ معدن با اندازه ۱۰- مش(-۱٫۶۷ mm) در دمای بین ۷۵۰-۷۰۰ بوسیله گاز هیدروژن در بستر سیال دو مرحله ای ،با بازده ۸۶٫۵% فلز احیاء می شود .فولاد ایالت متحده گزارشی از عملکرد پروسه HIB برای تولید ۷۵% سنگ معدن احیاء شده در کوره بلند ارائه داده است.این پروسه بعدا برای تولید فولاد بهبود داده شد.و نتیجه آن نشان داد که تولید فولاد رضایت بخش بود.گاز خروجی از راکتور به عنوان سوخت در کوره ریفورمینگ استفاده می شود.

FIOR

پروسه FIOR اولین بار توسط شرکت EXXON(با نام قبلی ESSO)در دهه ۶۰ میلادی گسترش یافت.کارخانه FIOR تحت نظارت SIVENSA در پورتو اورداز در سال ۱۹۷۶ راه اندازی شد و اولین کارخانه تجاری تولید DRI با استفاده از راکتور بستر سیال در جهان شد.

FIOR سنگ معدن آهن را در حالت جامد و با استفاده از فشار جزیی بالای هیدروژن که از رفرم گاز طبیعی و بخار آب به دست آمده به آهن فلزی احیاء می کند.

این پروسه به صورت شماتیک در شکل زیر نشان داده شده است.احیاء در چهار راکتور بستر سیال که به صورت سری وصل شده اند و بستر سیال آبشاری نامیده می شوند،انجام می شود.

راکتور اول مرحله پیش گرمایش به کمک سوختن گاز طبیعی می باشد.سنگ پیش گرم شده از لوله های ایستا عبور می کند،از نیروی جاذبه به عنوان نیروی محرکه استفاده می شود،تا از راکتورهای چهارم تا اول برسند.سنگ درون راکتور ها با جریان مخالف گاز هیدروژن احیاء می شود.دامنه دما بین ۶۸۰ تا ۷۸۰و فشار بین ۱۰ تا ۱۱ بار می باشد.

سنگ آهن در تماس با گاز احیاء ،احیاء شده، وبه خلوص ۹۲-۹۳٪ در راکتور نهایی می رسد. در اینجا کربن در احیاء سنگ آهن در قالب کاربید آهن تشکیل شده است.

هنگامی که فرآیند احیاء به اتمام رسید، آهن گرم به ماشین آلات زغال سنگ منتقل شده که در آن بین غلطک ضد گردان به صورت فشرده شود.

قطر بستر سیال ۳٫۹ متر است.

مزایا:

  • نیاز به هیچ پیش فرآیندی روی سنگ آهن ندارد.
  • کیفیت برتر HBI ،محتوای بالای آهن و درجه بالایی از فلزسازی
  • تولید توده فشرده بدون سایش یا شکستگی
  • تخریب کم در طول حمل و نقل وبا توجه به ماهیت بسیار فشرده نسبت به FINMET
  • تولید ثابت صنعتی .

FINMET

پروسه FINMET در اصل پروسه اصلاح شده پروسه FIOR است و قابلیت احیاء خاکه آهن (با اندازه کمتر از ۱۲میلی متر) را داراست.

تولید گاز احیاء در FINMET با استفاده از ریفورم گاز طبیعی و بخار است .

سنگ معدن آهن ابتدا در یک خشک کن بستر سیال خشک و سپس توسط یک سیستم قفل قیف به بالاترین راکتور (R40) از چهار مرحله سیستم بستر سیال شارژ می شود.

چهار راکتور به طور پیوسته گاز و مواد جامد را منتقل میکنند.

توده جامد به سمت پایین توسط گرانش از طریق خطوط لوله از بالاترین راکتور به پایین ترین در جریان است ، در حالی که گاز احیاء غنی از H2 که پیش گرم شده به سمت بالا در جهت مخالف جریان دارد.

سنگ معدن خشک در اولین راکتور (R40) توسط گاز احیاء بازیابی شده از راکتور سوم تا دمای ۵۷۰-۵۵۰ گرم می شوند.

سنگ معدن ابتدا به FeO، و سپس در نهایت به فلز آهن احیاء می شود.

درجه حرارت در راکتور پایین (۰R1) در محدوده ۸۰۰-۷۸۰ و احیاء نهایی تا ۹۳٪ صورت میگیرد.

هر راکتور دارای یک سیکلون درونی برای جداسازی و بازیابی گاز و بستر می باشد .که معمولا دارای قسمت شیب داری می باشد که دود یا قمست مخلوط معلق به خروجی از راکتور به صورت گازی وارد آن می شود.

ذرات آهن مستقیم احیا شده از طریق فشار هوا و بالا برنده و توسط یک پرس تعادلی در دمای حدود ۶۵۰ به HBI یا همان آهن فشرده داغ با چگالی حدود ۵گرم بر سانتی متر مکعب تبدیل می شوند.

گاز مورد نیاز برای احیاء مخلوطی از گاز بازیافتی از بالای راکتور چهارم و گاز ریفورم شده تازه است.

این گاز هنوز هم حاوی مقادیر قابل توجهی از H2 و CO است،زیرا تمام آن مصرف نشده است.

قطر بستر سیال ۴٫۵ متر است.

Circored

این فرآیند توسط Lurgi از سال ۱۹۹۹ میلادی با ظرفیت بهینه ۵۰۰۰۰۰ تن گسترش یافت.

در فرآیند Circored® هیدروژن خالص به عنوان گازاحیاء برای تولید HBI از سنگ معدن آهن استفاده میشود.

هیدروژن باعث کاهش بهتر دمای واکنش احیاء و همچنین حساسیت کمتر ذرات به چسبندگی می شود

از ذرات با اندازه ۲-۰٫۱ ملی متر استفاده میشود.

سنگ آهن ابتدا خشک و سپس در یک پیش گرمکن گردشی بستر سیال تا حدود ۸۰۰ گرم میشود.

و از آنجا به مرحله اول احیاء ، که یک راکتور گردشی بستر سیال (مرحله I) است شارژ می شود تا حدود ۷۰ درصد احيا ميگردد و این راکتور که با توجه به سرعت لغزش بالا بین گاز و مواد جامد، اجازه می دهد انتقال جرم و گرما به خوبی انجام شده و زمان ماند کوتاه است.

سرعت گاز بین m / s 6-4 و برای اندازه راکتور کوچکتر است که باعث صرفه جویی در هزینه سرمایه می شود.

مواد به مرحله دوم که یک راکتور بستر سیال حبابی (مرحله II) تخلیه شده و تا حدود ۹۳% احیاء صورت گرفته و به DRI تبدیل شوند.

درجه حرارت در اين مرحله كمتر و حدود ۶۳۰ است ولي فشار محيط احيا بايد تا ۴ اتمسفر افزايش پيداكند .

FBB دارای سرعت پایین تر گاز ، بین m / s 0.6-0.5 و زمان ماند بالای ۴ ساعت است.

به منظور دستیابی به شرایط بهتر احیاء در مرحله II گاز و مواد جامد به صورت متقابل جریان می یابند.

انرژی برای واکنش های احیا که گرماگیر هستند توسط پیش حرارت دادن هر دو سنگ و گازهای احیاء تأمین می شود.

سنگ احیا شده از راکتور مرحله II در دمای حدود ۶۵۰-۶۳۰ به فلش هیتر تخلیه شده تا ذرات DRI در دمای حداقل ۷۵۰-۷۰۰ به صورت بریکت خارج شوند.

ضعف اين روش دركنترل و ايجاد فشار بالادر كوره احيا ميباشد كه اپراتوري اين مورد كمي با مشكل همراه است .

CIRCOFER

در اين فرآيند كه مشابه همان فرآيند CIRCORED ميباشد درسال ۱۹۸۵ میلادی با ظرفیت ۵۰۰۰۰۰ تن آغاز شد و با كمي تغيير از پودر زغال سنگ بجاي گاز طبيعي پروسس شده به عنوان عامل احيا كننده استفاده ميشود . نرمه سنگ آهن همراه با آهك جهت كاهش اثر گوگرد ذغال سنگ همراه با نرمه دغال سنگ مخلوط شده و در مرحله اول پيشگرم تا ۷۳ درصد فلزي احيا ميگردد . درمرحله دوم آهن تا ۹۳ درصد فلزي احيا ميگردد و به صورت بريكت آماده شارژ كوره قوس الكتريك ميگردد .

ذغال سنگ همراه با دمش گاز اكسيژن وارد Gasifier (كاربراتور) ميگردد و پس از مخلوط شدن در مرحله اول به داخل كوره دميده ميشود . بدليل وجود كاربراتور جهت مخلوط كردن ذغال سنگ و اكسيژن بايد درجه نرمي خاكستر ذغال بالاتر از ۱۵۰۰ درجه سانتيگراد باشد .

اين روش نيز مشابه روش قبل CIRCORED بخاطر بالابودن فشار در مرحله دوم احيا از نظر كنترل فشار اتمسفر كوره داراي مشكل و با اپراتوري سختي درگير ميباشد .

مزایا:

  • زغال سنگ برای فرایند
  • استفاده مستقیم از سنگ آهن

فرآیند iron carbide

کاربید آهن خالص متشکل از ۹۳٫۳% آهن و ۶٫۶٪ C است. فرآیند کاربید آهن توسط موسسه تحقیقات هازن در ۱۹۷۰ اختراع شد.

مفهوم فرآیند کاربید آهن تبدیل سنگ آهن وتغلیظ به کاربید آهن است. تبدیل در دمای نسبتا پایین در یک راکتور بستر سیال با استفاده از هیدروژن، CO و گاز طبیعی به عنوان احیاء و عوامل کربن سازی رخ می دهد.تولید کاربید آهن نسبتا آسان است، و بر خلاف DRI است آتشزا نیست و حمل و نقل آن بدون تبدیل به زغال سنگ گران قیمت آسان است.

سنگ معدن با اندازه ۰٫۱ تا ۱mm از قبل در کوره های دوار و یا در سیکلون های تصفیه گرم شده و به کاربید آهن راکتور سیال از طریق یک قفل قیف تحت فشار و سپس سیستم تغذیه کننده وارد می شود. بستر سیال عمل در حدود و فشار بین ۳ و ۵ بار عمل میکند. زمان اقامت در راکتور بیش از ۲۴ ساعت است.

خوراک از پایین به راکتور و سیال بستر مواد وارد می شود. واکنش زیر در راکتورانجام میگیرد:

۳ Fe2O3 + 2 CH4 + 5 H2 –> 2 Fe3C + 9 H2O

گاز خروجی از راکتور در یک سیکلون تمیز شده، سرد و پاک شده و به بخار آب متراکم تبدیل میشود قبل ازاینکه فشرده و دوباره گرم شود و به راکتور بازگردانده شود. خنک و دوباره گرم کردن گاز بازگشتی با یک مبدل حرارتی گاز انجام میشود.. هیدروژن در یک ریفورمر تولید و قبل از کمپرسوربه جریان چرخشی گاز تزریق می شود.

فرآیند کاربید آهن دو مرحله ای برای بهبود زمان اقامت از ۲۰ساعت به حدود ۵ ساعت و وهمچنین افزایش درجه حرارت از به می شود.

مزایا:

  • ذرات سنگ آهن و کنسانتره به راکتور بستر سیال کاربید آهن تغذیه می شوند بدون نیاز یک مرحله تراکم
  • می توان با جایگزین کردن کک سوخت با هزینه کمتر در هزینه های سوخت صرفه جویی کرد.
  • بدون نیاز به کوره کک ، می توان اثرات مخرب زیست محیطی در مقایسه با مسیر کوره بلند کاهش داد.
  • کاربید آهن در دماهای نسبتا پایین تولید می شود، غیر آتشزاست و می توان بدون تبذیل زغال سنگ حمل و نقل را انجام داد.
  • قادر است سنگ معدن هماتیت غیر مغناطیسی با تولید کاربید آهن مغناطیسی بهبود ببخشد، تولید محصول با درجه بالا از خوراک سنگ آهن نسبتا ارزان.

FINEX

Finex یک روش جدید است که توسط Posco و semins VAI از سال ۱۹۹۲برای تولید فلز داغ بر پایه استفاده از ذرات سنگ آهن و ذغال کک نشو گسترش یافت.

این فرآیند در مقیاس آزمایشگاهی با ۱۵ تن / روز از سال ۱۹۹۲ تا سال ۱۹۹۶ انجام شد. نتایج این واحد برای عملیات تست ۱۵۰ تن / روز در سال ۱۹۹۹ بود. در سال ۲۰۰۳،کارخانه ای با تولید ۰٫۶ میلیون تن در سال پوهانگ ساخته شد. از فوریه سال ۲۰۰۴، کارخانه طور پیوسته با نرخ بیش از ۰٫۷ میلیون تن در سال تولید داشت.

به نظر می رسد که مراحل پیش احیاء از راکتورهای بستر سیال Finmet و gasifier ملتر COREX است.

طرح FINEX شامل دو واحد اصلی فن آوری، یک سیستم راکتور چهار مرحله شامل بستر سیال حبابی و gasifier ملتر.

در این فرآیند می توان از ذرات با اندازه ۱۲-۰ میلی متر استفاده کرد.

ذرات ریز سنگ آهن خشک شده به تعدادی از راکتورهای بستر سیال سری همراه با سنگ آهک و دولومیت شارژ می شوند.

ذرات سنگ آهن رو به پایین از چهار راکتور عبور میکنند

راکتور ۳ و۴ برای پیش گرمایش استفاده می شود.در راکتور دو تا ۳۰% احیا صورت گرفته ودر راکتور اول تا ۸۵% احیاء می شود و به DRI تبدیل میشوند و گاز احیاء که از سوخت ذغال سنگ به دست می آید در جهت مخالف ذرات جریان می یابد.

پس از خروج از راکتور آخری ، (DRI) فشرده شده و به آهن فشرده داغ(HCI) تبدیل می شوند. سپس به محفظه ی بالایی کاربراتور ذوب منتقل و با نیروی جاذبه به کاربراتور ذوب ریخته میشود تا ذوب شود.محصول گفته شده ،فلز مایع داغ است که از نظر کیفی شبیه فلز داغ تولیدی در کوره ذوب آهن یا کورکس است.

خاکه یا توده ذغال سنگ از قسمت گنبدی شکل ریخته میشوند تا با اکسیژن در یک مجرا قرار بگیرند.ذغال سنگ به گاز تبدیل شده و گاز احیاء تولیدی عموما شامل CO ,H2 است. پس از خروج از melter gasifire ،این گاز به سیستم راکتور بستر سیال هدایت شده تا سنگ معدن آهن احیا شود.

حرارت تولیدی از سوختن ذغال سنگ با اکسیژن به عنوان یه منبع انرژی برای ذوب HCIفلز داغ و همچنین تشکیل سرباره مایع عمل میکند. هر دوی فلز داغ و سرباره دقیقا به عنوان روش استاندارد در کوره ذوب عمل می کنند.

قسمتی از گاز احیا خروجی از بالاترین راکتور پس از عبور از CO2 برای دستیابی به بالاترین میزان بهره وری به سیستم بازگردنده می شود.

گاز اضافی از فرآیند Finex میتواند کاربردهای صنعتی داشته باشد از جمله به منظور گرم کردن در صنایع فلزی،تولید برق .

مزایا:

  • کاربرد طیف گسترده ای از سنگ معدن آهن و زغال سنگ غیر کک
  • هزینه های تولید فلز گرم کمتر
  • سازگاری مناسب با محیط زیست
  • کیفیت فلز گرم مناسب برای همه کاربردهای فولاد
  • تولید ترکیبی از DRI ممکن
  • نیاز به هیچ عملیاتی از جمله گندله سازی یا کک سازی ندارد.
  • قادر به استفاده از نرمه سنگ آهن و زغال سنگ
  • هزینه های سرمایه گذاری پایین تر از یک کوره بلند
  • کارخانه Finex میتواند ۵ میلیون تن در هر سال فلز داغ تولید کند با هزینه ی بسیار مناسبتر نسبت به تولید ۳ میلیون تن در سال توسط کوره داغ.
  • وقتی که اکسیژن و نیروی برق هم در این مقایسه شرکت میکنند ،سرمایه گذاری و هزینه عملیاتی finex به ترتیب ۲۰% و۱۵% کاهش می یابد نسبت به مسیر کوره ذوب.
  • فرآیند Finex نمونه برجسته از همکاری بسیار موفق بین اپراتور و سازنده کارخانه است ، که اجازه می دهد تا فلز داغ به به شیوه ای بسیار مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست تولید می شود.

HIsmelt

روند HIsmelt دارای سابقه نسبتا طولانی، از اوایل سال ۱۹۸۰ تصور شده است و از طریق دو سطح پایلوت (به ترتیب ۱۰۰۰۰و ۱۰۰۰۰۰تن) به اولین فعالیت تجاری با ظرفیت ۰٫۸ میلیون تن نصب و در Kwinana، استرالیای غربی راه اندازی شد.

استفاده مستقیم از نرمه سنگ (-۰٫۶ میلی متر) و توده ذغال سنگ خام (-۰٫۳ میلی متر)

بر پایه تبدیل زغال سنگ به گاز با هوای غنی از اکسیژن است.

ذرات سنگ آهن توسط سیستم CircoheatTM از اوتوتک با استفاده از بخشی از گاز داغ از ذوب پیش گرم می شوند.

سیستم پیش گرم متشکل از یک راکتور بستر سیال گردشی با دو مرحله از سیکلون است.

سنگ آهن نه تنها از پیش گرم بلکه از پیش احیا می یابد به فاز مگنتیت / wustite، به این معنی که قبل از پیش گرمایش هیچ آهن به فرم فلزی نیست.

DIOS

یک فرآیند مستقیم سنگ آهن ذوب شده است که از سال ۱۹۸۸ در ژاپن در حال توسعه بوده است و در ودر پایلوت در NKK فولاد با ظرفیت ۵۰۰ تن در روز با استفاده از یک کوره BOF به اوج خود رسید.

ذرات سنگ آهن غیر فشرده تا حدود پیش گرم وتا حدود ۵٪ در اولین راکتور از دو راکتور بستر سیال در سری و بیشتر به ۱۵-۲۵٪ در راکتور دوم پیش احیاء می شود. با استفاده از خاموش گاز تمیز از کارخانه ذوب . درجه حرارت سنگ آهن در مرحله دوم پیش احیاء به حدود ۸۰۰ می رسد. سنگ-پیش احیاء می یابد به کوره ذوب احیا برای احیاء نهایی و ذوب منتقل میشود.

سه لایه مواد خروجی از داخل کوره ذوب احیاء وجود دارد:

  • لایه بالا: مخلوطی از ذغال سنگ و سنگ معدن نیمه احیاء
  • لایه میانی: سرباره مذاب حاوی کاراکتر ذغال سنگ و سنگ معدن مذاب
  • لایه پایین: فلز آهن مذاب

گرد و غبار از ذوب کردن و ذرات حذف شده از گازهای راکتور بستر سیال دوباره در کارخانه ذوب تزریق می شود. علاوه بر این، مقدار کمی از زغال سنگ، در حدود ۵۰ کیلوگرم در هر تن تولید فلز داغ، به ذوب کننده تزریق و برای خنک کردن گاز و فراهم کردن CO اضافی و H2 برای پیش احیاء استفاده می شود.

هدف از این فرآیند دستیابی به پس احتراق در حدود ۴۰٪ و پیش احیاء ۲۰٪ است. تحت این شرایط ادعا می شود تقریبا ۷۰۰-۸۰۰ کیلوگرم در هر تن فلز گرم بسته به نوع ذغال سنگ،ذغال سنگ مصرف می شود .

نمونه های دیگرفرآیند احیاء:

گزارشها نشان میدهد که از راکتور Fluosolid برای احیاء مستقیم سنگ معدن آهن بوسیله تزریق روغن در یک بستر داغ استفاده می شود.این پروسه در مقیاس تجاری برای اولین بار در مونتکاتینی فلونیکای ایتالیا استفاده شد.برای احیای خاکستر هماتیتیک به آهن مغناطیسی در ۵۳۰ با ظرفیت ۴۳۰ تن در روز.

گزارشی از فرآیند دیگری در ایتالیا که برای احیاء بوسیله هیدروژن در ۶۵۰-۷۰۰ در بستر سیال برای تولید آهن اسفنجی در مقدار ۲۰ تن در روز در هر متر مکعب از راکتور استفاده می شود گسترش یافت.این فرآیند برای استفاده در انرژی هسته ای و ریفورمینگ هیدروژن در حرارت های خیلی بالای سوپر هیت طراحی شد.بستر سیال پیش گرمایشی برای سنگ معدن آهن استفاده میشد.این پروسه به عنوان آسیاب های فولادی کوچکتر و کارآمدتر برای احیاء مستقیم آهن شناخته می شود..تکنیکی شامل دو راکتور بستر سیال به هم پیوسته که احیا در یک مجرا و احتراق کک در دیگری انجام میشود.که توسط فولاد کاوازاکی توسعه داده شد.حرارت تولید شده در محفظه احتراق در این تکنیک به طور مستقیم توسط گردش جامد حمل شده و و به عنوان سوخت دوباره مورد استفاده قرار میگیرد.

[تعداد رای:0]

درباره نویسنده

محمدرضا فرزان

محمدرضا فرزان

کارشناسی مهندسی نفت-بهره برداری
کارشناسی ارشد مهندسی شیمی-ترمودینامیک

2 دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید