فایل شاپ
فروش مقاله،تحقیقات و پروژه های دانشجویی،دانلود مقالات ترجمه شده،پاورپوینتفایل شاپ
فروش مقاله،تحقیقات و پروژه های دانشجویی،دانلود مقالات ترجمه شده،پاورپوینتمقاله بررسی تولید آهن به روش اسفنجی
| دسته بندی | فنی و مهندسی |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 25 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 32 |
مقاله بررسی تولید آهن به روش اسفنجی در 32 صفحه ورد قابل ویرایش
فهرست مطالب
مقدمه ?
تجهیزات انتقال بار به کوره احیا و تخلیه آهن اسفنجی از کوره به روش میدرکس ?
تجهیزات کوره احیا به روش میدرکس ??
کوره احیا به روش میدرکس ??
درجه حرارت و فشار در کوره احیا ??
توزیع گاز سرد کننده آهن اسفنجی در کوره احیا ??
خوشه شکنهای کوره احیا ??
پاروی تخلیه آهن اسفنجی در کوره میدرکس ??
تولید گاز احیا کننده به روش میدرکس ??
ساختمان راکتور تولید گاز احیا کننده به روش میدرکس ??
لوله های راکتور گاز احیا کننده به روش میدرکس ??
کنترل راکتور تولید گاز احیا کننده (رفورمر) به روش میدرکس ??
کاتالیزور و مواد خنثی در لوله های راکتور تولید گاز احیای کننده به روش میدرکس ??
بازیاب حرارتی (رکوپراتور) واحد میدرکس ??
سیستم شستشوی گاز خروجی کوره احیا و گاز سرد کننده آهن اسفنجی به روش میدرکس ??
کمپرسور گاز خروجی و گاز سرد کننده به روش میدرکس ??
سیستم تولید و مصرف گاز خنثی به روش میدرکس ??
سیستم آبرسانی واحد میدرکس ??
ویژگی گاز احیا کننده ، گاز خروجی و گاز سرد کننده یک واحد میدرکس ??
موازنه انرژی و مواد در یک واحد میدرکس ??
ویژگی های چند واحد میدرکس ??
ویژگیهای واحدهای میدرکس مجتمع فولاد اهواز ??
تولید آهن اسفنجی به روشهای اچ وای ال یک و دو ??
کوره های تولید آهن اسفنجی به روش اچ وای ال یک و دو در دوره تخلیه آهن اسفنجی ??
مراحل تولید آهن اسفنجی در واحد اچ وای ال یک و دو ??
حرارت لازم برای تولید بخار آب در روش اچ وای ال ??
میزان گاز لازم در روش اچ وای ال یک ودو ??
تولید آهن اسفنجی به روش اچ وای ال سه ??
احیای سنگ آهن به روش اچ وای ال سه ??
بررسی کلی مطالب ??
استاندارد AISI 39
استاندارد آلمانی DIN 42
فولادهای غیر آلیاژی ??
مقدمه
از بین روشهای صنعتی احیای مستقیم کانه های آهن که از گاز طبیعی استفاده می کنند ، تولید اهن اسفنجی به روش میدرکس توسعه چشم گیری داشته است . باردهی مداوم آهن اسفنجی به صورت سرد یکی از روش میدرکس می باشد . واحدهای متعددی به این روش در دهه اخیر در کشورهای مختلف تاسیس و شروع به کار کرده اند .
ابداع روش میدرکس به وسیله D .Beggs w .t .marton و تحقیقات لازم برای توسعه آن از سال 1965 میلادی درشرکت میدلند- روس انجام گرفت . در سال 1976 میلادی یک واحد احیای مستقیم آزمایشی با تولیدی برابر 5/1 تن آهن اسفنجی در ساعت در توله دو واقع در اوهیو و سپس واحد دیگری به ظرفیت سالیانه 150هزار تن در پرتلند ، آمریکا تاسیس شد که در سال 1969 میلادی شروع به تولید کرد . متعاقباً ، واحدهای دیگری در چرجتاون آمریکا و در کارخانه فولادسازی هامبورگ، تاسیس شدند که در سال 1971 میلادی راه افتادند . واحد بعدی سیدبک رد کانادا بود که در سال 1973 میلادی راه اندازی شد . در ژانویه 1974 میلادی ، اجازه ساخت کارخانه های تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس به گروهفولاد کورف واگذار شد.
در کشورهای پیشرفته صنعتی مانند آمریکا و آلمان فدرال، کانادا ، اتحاد جماهیر شوروی و نیز کشورهایی که دارای منابع غنی گاز طبیعی هستند ، در دهه گذشته از تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس استقبال کرده اند .
مضافاً به اینکه ابعاد و ظرفیت تولید آهن اسفنجی کوره های احیا در واحدهای میدرکس گسترش چشمگیری یافته است و مثلاً قطر کوره احیا در مدول 200 ، 6/3 متر ، قطر کوره احیا در مدول 400 ، 88/4 متر ، ظرفیت روزانه نسل اول آن مدول 1000 و ظرفیت روزانه نسل دوم آن 1250 تنبودهاست اما قطر کوره احیا در مدول 400 به 5/5 متر و ظرفیت روزانه آن به حدود 1700 تن اهن اسفنجی افزایش یافته است . به عقیده سازندگان واحدهای میدرکس گسترش ظرفیت کوره های احیا به دلایل اقتصادی ممکن می باشد . گرچه در این زمین دلایل کافی در دست نیست ولی این امر طبیعی به نظرمی رشد .
در اغلب روشهای صنعتی تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس ، گاز طبیعی به عنوان عامل احیا کننده و گرما زا مصرف می شود . یک واحد میدرکس از دو قسمت اصلی تشکیل می شود :
قسمت اول ، تجهیزات لازم برای تبدیل گاز طبیعی به گاز احیا کننده .
قسمت دوم ،تجهیزات لازم برای احیای کسیدهای آهن توسط گاز احیا کننده .
تولید آهن اسفنجی گاز احیا کننده به روش میدرکس مداوم است . درزیر باختصار تجهیزات واحدهای میدرکس تشریح می شود .
ذکر این نکته ضروری است که چون تجهیزات واحدهای مختلف و نیز ویژگی احیا به این روش در دهه گذشته تغییرات زیادی داشته لذا خصوصیات ارائه شده در زیر مربوط به واحدهایی است که ویژگی آنها در منابع منتشر شده و برای کلیه واحدهای میدرکس عمومیت ندارد .
تجهیزات انتقال بار به کوره احیا و تخلیه آهن اسفنجی از کوره به روش میدرکس
در سیستم میدرکس ، بار گندله یا سنگ آهن خرد شده پیش از ورود به سیلوهای روزانه سرند می شوند. دانه بندی بار برای کوره از این قرار است :
بار درشتر از 50 میلیمتر
بار بیشتر از 6تا50 میلیمتر
بار بین 3 تا 6 نیلیمتر
و بار زیر 3 میلیمتر
بار با دانه بندی 6 تا 50 میلیمتر و 3 تا 6 میلیمتر به نسبت معینی در کوره احیا تغذیه می شود . برای دانه بندی گندله و یا سنگ آهن خرده شده و به روش میدرکس تجهیزاتی پیش بینی شده است . همچنین آهن اسفنجی تولید شده در کوره احیا پیش از ورود به سیلوها و مصرف مستقیم سرند می شوند و نرمه آن در برخی از واحدها به خشته تبدیل شده و در برخی مستقیماً در کوره های قوس الکتریکی به مصرف می رسد . طرح برخی از تجهیزات انتقال گندله و سنگ آهن خرد شده به کوره و نیز آهن اسفنجی به صورت گندله و یا کلوخه در می آید .
در یک میدرکس بار به وسیله نوار نقاله از سیلوهای روزانه به مخزن تغذیه قیف مانندی که در بالای کوره قرار گفته ،تخلیه میگردد . این مخزن در واحدهای میدرکس مستقر در مجتمع فولاد اهواز 75 متر مکعب گنجایش دارد . هنگامی که نوار نقاله کار نمی کند ، گندله این مخزن به عنوان ذخیره مورد استفاده قرار می گیرند .ضمناً گندله می تواند توسط یک اسکیپ بالا برنده (به جای نوار نقاله ) در این مخزن تخلیه گردد .
سطح مواد در مخزن بالای کوره از طریق میله ای رادیو اکتیو تعیین می گردد. این میله از طرفی با سطح بار و از طرف دیگر با سیستم کنترل در تماس می باشد و سطح بار به طور اتوماتیک اندازه گیری می گردد . در صورتی که گندله در این مخزن در چهار سطح زیر باشد . سیستم کنترل علائم هشدار دهنده ذیل را مخابره می کند :
1-بالاترین سطح بار: اخطار داده می شود
2-پر : دستور توقف نوار نقاله تغذیه کننده بار به مخزن صادر
می گردد.
3-خالی : دستور کارنوار نقاله تغذیه کننده باربه مخزن صادر میشود .
4-پایین ترین سطح: تخلیه کوره متوقف و اخطار لازم داده می شود .
مخزن بالای کوره توسط لوله نسبتاً طویلی به قسمت توزیع کننده بار (آپولو) ارتباط دارد. چون مخزن تغذیه بار در بالای موره روباز است ، لذا برای جلوگیری از داخل کوره جریان دارد و فشارآن به طور اتوماتیک کنترل می گردد . به این وسیله از نشت گاز احیا کننده کوره به خارج جلوگیری به عمل می آید . گاز خنثی نیز به علت طویل بودن لوله های رابط بین مخزن تغذیه بار و 12 لوله توزیع کننده بار در کوره به خارج کوره نفوذ نمی کند . مضافاً به اینکه زیر مخزن تجهیزاتی برای آب بندی گاز پیش بینی شده است که از این قرار می باشند :
1- دریچه کشوئی هیدرولیکی که در هنگام خالی شدن مخزن به طور اتوماتیک بسته می شود و از خروج گاز به خارج جلوگیری به عمل می آورد .
2- فلانچها که برای جلوگیری از خروج گاز نصب شده و در مواقع اضطراری آنها به وسیله بازوی هیدرولیکی از هم باز و یک صفحه به وسیله دست بین آنها قرار داده می شود .
3- یک کمپنزاتور که برای تعدیل انبساط حرارتی کوره پیش بینی شده است .
توزیع یکنواخت گدله در کوره احیا برای جریان یکنواخت گاز احیا کننده در بین گندله ها از اهمیت خاصی برخوردار است . با احیای بار گندلهدر کوره ، درجه فلزی آن بالا می رود ، درجه فلزی آهن اسفنجی تولید شده در کورههای میدرکس حدود 92 در صد و اکسید آهن احیا نشده در آهن اسفنجی به صورت وسیت می باشد .
در شروع راه اندازی کوره احیا ، بار به میزان کافی احیا نمی گردد . لذا درجه فلزی آهن اسفنجی تولید شده کافی نیست به این علت بار مجدداً به کوره برگشت داده می شود . مسیر جریان بار برگشتی به کوره نیز می شود .
گندله های آهن اسفنجی سرد پس از خروج از کوره سرند می گردند . میزان نرمه آهن اسفنجی زیر 5 میلیمتر در روند احیا به روش میدرکس حدود 2/0 در صد است . نرمه می تواند مستقیماً یا پس از خشته شدن در واحد فولاد سازی مصرف می گردد . آهن اسفنجی درشتر از 50 میلیمتر خرد و همراه سایر گندله ها به مخزن ذخیره حمل ودر آنجا انبار می شوند . طرح تجهیزات دانه بندی گندله های آهن اسفنجی داده شده است . همچنین سیلوهای ذخیره آهن اسفنجی دیده می شود . در این مخازن برای جلوگیری از اکسایش گندله ها ، گازی خنثی جاری است .
تجهیزات کوره احیا به روش میدرکس
واحدهای صنعتی احیای مستقیم که به روش میدرکس آهن اسفنجی تولید می کنند در دهه گذشته به سرعت تکامل یافته اند . در این بخش کوشش می شود باختصار تجهیزات کوره های تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس که مشابه آنها در مجتمع فولاد اهواز مستقر هستند و یا در مبارکه مستقر خواهند شد بررسی شود .
کوره احیا به روش میدرکس
کوره احیا در روش میدرکس از یک قسمت فوقانی و یک قسمت تحتانی تشکیل شده است . قسمت فوقانی کوره که منطقه اصلی احیا می باشد، استوانه ای به قطر 8/4 تا 5 متر و ارتفاع 9 متر است که حجم مفید آن حدود 220 متر مکعب می باشد ، اما کل ارتفاع کوره 12 تا 14 متر می باشد .
بار به صورت سنگ آهن خزد شده یا گندله سنگ آهن از بالای کوره به طرف پایین جریان داشته و در مدتی حدود 5/6 ساعت در منطقه احیا به وسیله گاز احیا کننده به اهن اسفنجی تبدیل می شود . گاز احیا کننده از بالای کلوخه شکنهای فوقانی ازطرق لوله کمربندی وارد کوره شده ودرخلاف جهت نزول بار ، جریان می یابد . گاز کم کم سرد و پس از حذف رطوبت گندله ، آن را احیا و خود تا اندازه ای اکسید می شود . طرح لوله کمربندی برای توزیع گاز احیا کننده در کوره آمده است .
درجه حرارت و فشار در کوره احیا
احیای اکسیدهای آهن به روش میدرکس به طور کلی بر اساس واکنش زیر انجام می شود :
1- Fe2o3 +3h2 = 2fe+3H2O
2- Fe2o3+3co=2fe+3vo2
جداره داخلی کوره توسط نسوزهای مقاوم در برابر سایش و مواد عایق پوشانده شده است تا از تلفات حرارتی کوره تا اندازه ای کاسته شود، مع هذا دمای دیواره خارجی کوره حدود 100 درجه سانتیگراد می باشد . تغییر دمادر طول کوره احیا به صورت شماتیک نشان داده شده است.ملاحظه می گردد که درجه حرارت در قسمت عمده طول کوره تا اندازه ای ثابت می باشد .
کوره های تولید آهن اسفنجی به روش اچ وای ال یک و دو در دوره تخلیه آهن اسفنجی
چون بستر بار در کوره های واحد اچ وای ال یک و دو در تمام دوره احیای گندله های سنگ آهن و نیز سرد کردن آهن اسفنجی ثابت می باشد ، لذا ، احتمال به هم چسبیدن ، گندله های آهن اسفنجی و خوشه شدن آنها زیاد است . هنگام تخلیه آهن اسفنجی از کوره دریچه خروج بار باز می شود و گندله های آهن اسفنجی به مخزن آهن اسنجی واقع در پایین کوره می ریزند .
هرگاه گندله های آهن اسفنجی درون کوره به یکدیگر چسبیده باشند ، بازوی هیدرولیکی که در پایین کوره قرار دارد به داخل کوره وارد می شود . گندله های به هم چسبیده در اثر حرکت رفت وبرگشتی و دورانی این بازو در کوره از یکدیگر جدا می شدند و به این وسیله امکان تخلیه آنها فراهم می گردد .
مراحل تولید آهن اسفنجی در واحد اچ وای ال یک و دو
گاز احیا کننده تولید شده به روش اچ وای ال در راکتور تبدل گاز طبیعی ، نخست از یک مبدل حرارتی کاهنده دما و شستشو دهنده گذشته و دمای آن تا حدود 230 درجه سانتیگراد پایین می آید . در این مرحله ، مقداری از بخار آب و گاز کربنیک آن حذف و در نتیجه میزان درصد هیدروژن و اکسید کربن آن افزایش می یابد . از حرارت این گاز جهت تولید بخار استفاده می شود گاز احیا کننده مزبور وارد کوره ای می شود که گندله کانه آهن به طور کامل احیا شده و آهن اسفنجی در دوره سرد کردن است . در این فرایند ، همان طور که پیش از این اشاره شد، عملکردهای زیر تواماً انجام می شود :
-آهن اسفنجی سرد می شود
-آهن اسفنجی کربن می گیرد و حتی بر سطح آن دوده می نشیند
-گاز احیا کننده گرم می گردد .
در این روند ، مقدار در صد گاز کربنیک گاز احیا کننده کمی افزایش می یابد. لذا، پس از عبور از برج شستشو دهنده مقداری از بخار آب و گاز کربنیک آن حذف و مجدداً در راکتور پیش گرم کننده گاز تا دمای 800درجه سانتیگراد گرم می شود . قسمتی از این گاز در مشعلهای نصب شده در محفظه احتراق کوره های احیا سوخته و پیش از مصرف ، دمای آن به حدود 1040 درجه سانتیگراد و درجه اکسید کنندگی آن به حدود 12 درصد می رسد .
این گاز از بالای کوره ای که گندله های کانه آهن نیمه احیا شده از دوره پیش در آن موجود است ، وارد می شود . عملکرد احیای گندله ها با این گاز آنقدر ادامه می یابد تا درجه فلزی آهن اسفنجی به حد معینی برسد . گاز احیا کننده در این روند از قسمت پایین کوره خارج می شود . این مرحله را احیای نهایی گندله های کانه آهن می نامند .
بهره شیمیایی از گاز احیا کننده خارج شده از کوره خارج شده از کوره فوق الذکر در مرحله احیای نهایی ، کافی نیست . به این دلیل در صد زیادی هیدروژن و اکسید کربن در گاز احیا کننده هنوز باقی است . لذا پس از شستشو و گرم شدن تا حدود دمای 800 درجه سانتیگراد در راکتور پیش گرم کننده گاز ، قسمتی از آن در مشعلهای محفظه احتراق کوره بعدی که گندله سنگ آهن تازه در آن بار شده ، می سوزد و دمای آن به 1040 درجه سانتیگراد می رسد . این گاز احیا کننده نیمه مصرف شده در بالای کوره فوق الذکر وارد و گندله های سنگ آهن تازه بار شده را تا حدودی احیا می کند . گاز خروجی از این کوره نیزحاوی مقداری هیدروژن و اکسید کربن است . این گاز نیز پس از شستشو حهت تامین سوخت راکتورهای حرارتی مصرف می گردد . ولی چون انرژی حرارتی آن کافی نیست مقداری گاز طبیعی به آن اضافه می شود .
کوره شماره 1 در دوره تخلیه آهن اسفنجی یا بار کردن گندله سنگ آهن ،کوره شماره 2 در دوره سرد کردن آهن اسفنجی و کربن دادن به آن و کوره های شماره 3و 4 در دوره احیا هستند . گاز احیا کننده به ترتیب از کورههای شماره 2و3و4 عبور می کند و سپس به عنوان سوخت در مشعلها به مصرف می رسد . در این مرحله از کار واحد اچ وای ال مشعل کوره شماره 2 که در دوره سرد کردن آهن اسفنجی و کربن دادن به آن است و نیز کوره شماره 1 که در دوره تخلیه آهن اسفنجی یا بار کردن گندله سنگ آهن هستند ، خاموش می باشند . اما گاز احیای کننده همواره قبل از ورود به کوره های شماره 3و4 در راکتورهای گرم کننده گاز و در داخل کوره ، پیش از تماس با گندله ها . توسط مشعلهایی گرم می شود .
هوای سوخت برای گرم کردن راکتورهای گرم کننده نیز در راکتورهایی گرم می شود .مسیر جریان گاز احیا کننده هوای سوخت و آب شستشو دهنده یک واحد اچ وای ال یک مشتمل برطرح چهار کوره ، یک راکتور تولید گاز احیا کننده (رفورمر) ، برجهای شستشو دهنده و راکتورهای پیش گرم کننده گاز می باشد .
حرارت لازم برای تولید بخار آب در روش اچ وای ال
حرارت لازم برای گرم کردن آب و تولید بخار آب برابر با حرارت منتقله توسط دود متصاعد در قسمت فوقانی تنوره بازیاب حرارت راکتور تبدیل گاز در مراحل 5و6و7 ، به علاوه حرارتی که آب دیگ بخار بر اثر سرد کردن گاز احیا کننده از مرحله 3 به مرحله 4 در راکتور کاهنده درجه حرارت گاز احیا کننده می گیرد.
میزان گاز لازم در روش اچ وای ال یک ودو
میزان گاز طبیعی لازم برای تولید یک تن آهن اسفنجی بر اساس پیشنهاد کمپانی سازنده واحدهای اچ وای ال دو ، در سال 1980 میلادی طبق جدول زیر است :
کل گاز طبیعی لازم برای تولید گاز احیا کننده 456 متر مکعب
گاز طبیعی اضافی جهت تامین کمبود سوخت مشعلها در راکتور تولید گاز
احیا کننده 3/42 متر مکعب
گاز طبیعی جهت تامین کمبود سوخت برای تولید بخار آب
5/14 متر مکعب
گاز طبیعی برای تامین سوخت راکتورهای گرم کننده گاز خروجی کوره های احیا 6/6 متر مکعب
جمع کل : 4/519 متر مکعب
با احتساب ارزش حرارتی گاز طبیعی (9283کیلو کالری به ازای هر متر مکعب)، حرارت لازم برای یک تن آهن اسفنجی به روش آچ وای ال برابر است با :
کیلوکالری با ازای یک تن آهن اسفنجی 4821590= 9283*4/519
گیگا کالری به ازای یک تن آهن اسفنجی
ذکر این نکته لازم می باشد که ویژگی آهن اسفنجی تولیدی در برآورد فوق مشخص نشده است .
تولید آهن اسفنجی به روش اچ وای ال سه
تولید آهن اسفنجی به روش اچ وای ال سه بر اساس استفاده از گاز طبیعی به عنوان عامل احیا کننده و گرما زا در یک کوره تحت فشار استوار است .این روش بر عکس روش اچ وای ال یک و دو ، روشی مداوم است .وجه تمایز کلی آهن اسفنجی به روش اچ وای ال سه نسبت به یک و دو در جایگزین کردن چهار کوره با بستر ثابت و تولید غیر مداوم در اچ وای ال یک و دو به وسیله یک کوره در اچ وای ال سه با بستری متحرک و تولیدی مداوم است .
احیای سنگ آهن به روش اچ وای ال سه
برای تولید آهن اسفنجی با 92 درصد فلزی و 8/1 درصد کربن است. بخش احیا در یک واحد اچ وای ال سه از مدار احیا و مدار سرد کننده آهن اسفنجی تشکیل می گردد .
بررسی کلی مطالب
تولید آهن اسفنجی به روش اچ وای ال یک از اولین روشهای احیای مستقیم است که بر اساس مصرف گاز طبیعی به عنوان احیا کننده و گرمازا در سطح صنعتی بکار گرفته شده است . این روش در سالهای نخست ، روشی ابتدایی و غیر مداوم (اچ وای ال یک و دو) بوده و سپس به روشی مداوم اچ وای ال سه تبدیل شده است . در کلیه روشهای اچ وای ال ،گاز طبیعی به طور مداوم توسط بخار آب به هیدروژن و اکسید کربن تبدیل می شود . تولید آهن اسفنجی در روشهای اچ وای ال یک و دو به طور غیر مداوم می باشد . برای بهره مطلوبتر از گاز احیا کننده ، یک واحد اچ وای ال یک و دو چهار کوره احیا دارد که به ترتیب دوره های بار کردن احیای اولیه و احیای نهایی گندله سنگ آهن و سرد کردن و تخلیه آهن اسفنجی را می گذرانند . در روش اچ وای ال سه ، بار کردن و احیای گندله سنگ آهن و نیز سرد کردن و تخلیه آهن اسفنجی در یک کوره و به طور مداوم انجام می شود .