پنج شنبه، ۱۸ آذر ۱۳۹۵, ۱۹:۲۹
 
«اقتصاد مقاومتی، اقدام و عمل»

      فرآیند تولید فولاد شامل فرآیندهای اصلی آهن­سازی، فولادسازی و ریخته­گری و نورد و فرآیندهای آماده­سازی مواد اولیه و احیاء، شامل آگلومراسیون، گندله سازی و کک سازی می­باشد. روشهای اصلی تولید فولاد در دنیا بطور کلی به دو دسته زیر تقسیم می شود:

Integrated Mill ( Ore-Base)

       در این روش ماده اولیه سنگ معدن آهن (اکسید آهن) می­باشد که اکسید آهن در فرایند آهن­سازی و با استفاده از یک ماده احیا کننده، احیاء شده و به آهن تبدیل می­شود . پس از آن در فرایند فولادسازی با افزودن کربن و سایر افزودنیهای ضروری، آهن به فولاد تبدیل می شود .

Mini Mill ( Scrap Base)

        در این روش ماده اولیه، قراضه­های آهن و فولاد است که پس از ذوب در کوره­های قوس الکتریکی، حذف ناخالصی­ها، افزودن کربن و سایر مواد ضروری به فولاد تبدیل میگردد. روش Integrated Mill شامل دو تکنولوژی کوره بلند - کنورتور، و احیای مستقیم کوره های قوس الکتریکی است :

 

تکنولوژی کوره بلند - کنورتور

        در این روش، از کوره بلند ( Blast Furnace ) در تولید آهن با استفاده از ماده احیا کننده کک که از زغال سنگ حاصل می­شود و از کوره­های اکسیژنی ( BOF )  جهت تولید فولاد از آهن استفاده می­شود . درکنار فرآیندهای اصلی  )آهن­سازی و فولادسازی ( فرآیندهای جانبی شامل کک سازی جهت تهیه ماده اولیه عملیات احیاء و اگلومراسیون جهت آماده­سازی سنگ معدن آهن نیز وجود دارند که در واقع خوراک مورد نیاز فرآیندهای اصلی را فراهم می­کنند .  خط تولید فولاد به روش کوره بلند وکنورتور شامل واحدهای ککسازی، آگلومراسیون، کوره بلند، فولادسازی و ریخته­گری مداوم و نورد می­باشد .

   کک سازی:

       برای احیا آهن به عاملی نیاز است، که اکسیژن را از اکسیدهای آهن جدا کند . این ماده را عامل احیا   می­نامند . یکی از عوامل اصلی احیا، کربن موجود در زغال سنگ است، اما چون زغال سنگ دارای استحکام کم و ناخالصی بالا (حدود % ٣٥ ( می­باشد، نمیتواند کلیه شرایط لازم، را به عنوان سوخت کوره بلند داشته باشد، لذا زغال سنگ را به کک تبدیل می­کنند تا شرایط لازم برای شارژ در کوره بلند را پیدا کند .

  

  آگلومراسیون

       محصول عملیات آگلومراسیون که در اثر حرارت و در هم جوشی نرمه ها ایجاد می شود را آگلومره یا کلوخه مینامند . اصلی ترین هدف آگلومراسیون استفاده از نرمه های سنگ آهن و افزایش کیفیت (تخلخل، احیاپذیری، استحکام و ترکیب شیمیایی ) بار ورودی به کوره بلند است . در صورت عدم استفاده از نرمه های سنگ آهن، تولید چدن از سنگ معدن صرفه اقتصادی نخواهد داشت . از طرف دیگر، شارژ مستقیم ذارت ریزسنگ آهن به کوره بلند، نفوذ پذیری گاز درون کوره را مختل کرده و عملکرد کوره را متوقف می سازد . از این رو آگلومراسیون به

عنوان یکی از مراحل اصلی تولید فولاد به روش کوره بلند همواره مورد استفاده قرار می گیرد . مزایای استفاده از

آگلومره در کوره بلند عبارتند از :

·         استحکام بالا و عدم خردایش در هنگام شارژ به کوره بلند

·         تخلخل بالا و افزایش سرعت واکنش احیا

·         تسهیل عملیات ذوب به علت نقطه ذوب پایین­تر آگلومره

·         امکان اضافه کردن مواد کمک ذوب

·         انجام بخشی از واکنشهای گرماگیر، خارج از کوره بلند

·         بخشآگلومراسیون به سه واحد اصلی تقسیم می شود :

·         انبار مواد خام

·         بخشآماده سازی مواد

·         کارگاه پخت و تصفیه هوا

        این تکنولوژی مهمترین شیوه تولید فولاد خام در جهان به شمار می آید و حدود ٦٠ درصد فولاد خام دنیا به این روش تولید می­شود. در این روش برای تبدیل چدن مذاب به فولاد از کوره­های اکسیژنی استفاده می­شود که این کوره ها پس از بهبود تکنولوژی فولادسازی، جایگزین کوره­های باز شده است.

کوره بلند:

       وظیفه کوره بلند، احیا سنگ آهن و تولید چدن مذاب است. احیا سنگ آهن به معنی حذف اکسیژن موجود به صورت ترکیب Fe2O3 و 4Fe3O است. عامل حذف کننده اکسیژن از سنگ آهن گاز مونواکسید کربن (CO) است که از سوختن کک به دست می آید. البته در مقابل فرم­های دمش هوا به واسطه دمای بالا، واکنش احیا به صورت مستقیم توسط کربن موجود در کک هم انجام می­شود .

ترکیب شیمیایی موادی که به کوره شارژ می شوند عبارتند از :

·         سنگ آهن با دانه بندی ۲۵ - ۱۰ میلیمتر

·         آگلومره

·         سنگ منگنز که دارای اکسیدهای منگنز و آهن و برخی عناصر دیگر است .

·         کک

·         کمک ذوب شامل کوارتزیت و فلورین

·         هوای گرم ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد غنی از اکسیژن (25%O2)

·         گاز متان و مازوت برای ایجاد حرارت و کاهش مصرف کک

 

فولاد سازی:

        قسمتهای مختلف بخش کوره بلند عبارتند از :  بونکرهای مواد خام، تجهیزات بارگیری، بدنه کوره بلند، کارگاه چدن، پیشگرم کنهای هوا (کائوپرها)، تجهیزات غبارگیر و تصفیه گاز و کارگاه ریخته­گری چدن و کارگاه  دانه­بندی سرباره. مهمترین واحد این بخش، بدنه کوره بلند است .

وظیفه بخش فولاد سازی، تبدیل چدن مذاب به فولاد و ریخته گری آن به صورت شمش است.  بر این اساس این بخش به دو واحد اصلی کنورتور و ریخته­گری مداوم تقسیم می­شود .

- کنورتور

برای تبدیل چدن خروجی از کوره بلند به فولاد مذاب از روش کنتور با دمش اکسیژن (BOF) استفاده میشود. در این روش حذف کربن موجود در چدن و تبدیل آن به فولاد مذاب از طریق، دمش اکسیژن و خروج گاز  CO صورت میپذیرد. واکنش حذف کربن گرمازا بوده، از این رو سیستم کنورتور از نظر تأمین انرژی مورد نیاز ذوب، خودکفاست .

به طور کلی، کنورتور یک محفظه گلابی شکل است که از داخل با مواد نسوز پوشیده شده است. در اثر دمش اکسیژن و سوختن ناخالصیها و کربن، دمای مذاب افزایش می یابد و از طرفی با تبدیل چدن به فولاد هم نقطه ذوب بالا می رود.  با این وجود می توان از گرمای تولید جهت ذوب قراضه و سنگ آهن استفاده نمود و راندمان تولید فولاد مذاب را افزایش داد.  استفاده از اکسید آهن و قراضه، علاوه بر افزایش مقدار مذاب به عنوان یک منبع تأمین کننده اکسیژن و تنظیم دمای مذاب هم عمل می کند. قبل از شروع عملیات دمش اکسیژن دمای چدن مذاب در حدود ١٣٥٠-١٣٢٠ درجه سانتیگراد است و در پایان عملیات فولاد سازی، دمای فولاد مذاب به ١٧٠٠ درجه سانتی گراد می رسد .

کوره­های BOF می­توانند براساس محل تزریق اکسیژن طبقه­بندی شوند :

۱ - تزریق از بالا : اکسیژن از بالای حمام فلز مذاب بوسیله لانس تزریق می­شود .

۲ - تزریق از پایین : اکسیژن از زیر حمام فلز مذاب تزیرق می­شود و معمولاً با افزودنی­های پودری شکل به جنبش در می­آید .

نورد:

      در نورد گرم، شمش پس از رسیدن به درجه حرارت مورد نظر در کوره­های حرارتی از بین غلتک­های در حال گردش عبور نموده و نهایتاً سطح مقطع آن کم شده و به شکل مورد نظر تبدیل خواهد شد. پس از اینکه شمشها به شکل مورد نظر تغییر یافتند، توسط دستگاه­های برش مثل اره و قیچی به طول مورد نظر برش داده شده و پس از عملیات تکمیلی و کنترل ، بسته­بندی گردیده و به انبار محصول حمل می­شوند. سوخت مصرفی کوره­های حرارتی معمولاً گاز طبیعی و گاز کک می­باشد . هوای ورودی به کوره­ها نیز توسط رکوپراتور پیشگرم می­شود.

احیای مستقیم - کوره های قوس الکتریکی

        تکنولوژی دیگر تولید فولاد روش احیای مستقیم است. در این روش گاز طبیعی عامل احیای سنگ معدن آهن است و در کشورهایی با منابع غنی گاز طبیعی مانند ایران مورد توجه می­باشد. سهم فولاد خام تولیدی از این روش در دنیا در حدود ٧ % است.  تکنولوژی احیای مستقیم به چند تکنولوژی عمده تقسیم می شود که مهمترین آنها عبارتند از:

MIDREX

HYLIII

HYL IV

Fluid Bed

         رایج­ترین آنها، تکنولوژی MIDREX  است. شکل زیر سهم فرآیند میدرکس را در مقایسه با سایر فرآیندهای احیای مستقیم در جهان نشان می­دهد .

آهن و فولاد

 

 

            فرآیند تولید فولاد به روش احیاء مستقیم وکوره قوس الکتریکی شامل نواحی انباشت و برداشت، آهن سازی، فولاد سازی و ریخته­گری مداوم و نوردگرم می­باشد .

 1-      انباشت و برداشت:

      واحد انباشت و برداشت مبدا ورودی مواد سنگ آهن و سنگ آهک به کارخانه می­باشد. این واحد تغذیه­کننده سایر واحدهای ناحیه آهن­سازی است و تجهیزات آن شامل دستگاه­های تحویل­گیری، تخلیه مواد و نگهداری آنها و نهایتاً حمل به قسمت­های مختلف می­باشد . ماشین انباشت، ماشین برداشت، سیستم واگن برگردان و تخلیه مواد اولیه، موتور بالابرها و نوار نقاله­ها از مصرف­کننده­های عمده انرژی الکتریکی در ناحیه انباشت و برداشت هستند .

2-      آهن سازی:

       آهن سازی وظیفه تحویل و آماده سازی مواد اولیه خام برای مصرف در سایر بخشهای کارخانه را برعهده دارد . این ناحیه به طور کلی به سه واحد اصلی تقسیم می­شود .

الف- واحد آهکپزی

       آهک یکی از مواد اصلی مورد مصرف در فرآیند تولید فولاد است  .این ماده به عنوان اصلی ترین ماده کمک ذوب برای ایجاد سر باره بازی (قلیایی) در کوره های قوس الکتریک به کار می رود.  افزودن آهک به منظور افزایش سیالیت و تنظیم بازیسیته سرباره، تسهیل واکنشهای مذاب - سر باره و جلوگیری از خوردگی نسوز صورت می گیرد.  از طرفی سنگ آهک خام برای کاهش درجه حرارت مذاب مورد استفاده قرار میگیرد.  همچنین از آهک هیدراته برای ایجاد چسبندگی در خمیر گندله استفاده می­کنند .

ب - گندله سازی

       واحد گندله سازی برای تولید محصولی کروی شکل بنام گندله ١ از جنس اکسید آهن با مشخصات فیزیکی و شیمیایی مورد نیاز واحد احیا مستقیم طراحی شده است. واحد گندله سازی به ٧ بخش ذخیره مواد، آسیاب، مخلوط سازی مواد، گلوله سازی، پخت گندله، سیستم غبار زدایی و سیالات تقسیم می شود .

ج - احیا مستقیم

       واحد احیا مستقیم وظیفه تولید آهن اسفنجی با درجه فلزی % ٩٢ و میزان کربن % 8/1-8/0 را برعهده دارد. آهن اسفنجی (DRI) ماده اولیه اصلی کورههای قوس الکتریک در واحد فولادسازی است. در حال حاضر  در ایران، واحدهای احیا مستقیم با استفاده از روش میدرکس به تولید آهن اسفنجی می پردازند .

هر یک از مدولهای احیا را می توان به چهار بخش اصلی تقسیم کرد :

- راکتور احیا

- ریفرمر گاز

- بازیاب حرارتی

- واحدهای جنبی

3-      فولاد سازی و ریخته گری مداوم

        واحد فولادسازی و ریخته­گری ، شامل بخش­های زیر می­باشد :

- واحد حمل مواد

- واحد کوره های قوس

- واحد متالوژی ثانویه

- واحد ریخته گری مداوم

- واحد اصلاح تختال

- واحد حمل مواد

       حمل آهن اسفنجی، آهک، قراضه و فروآلیاژ برای ذوب و تصفیه مذاب توسط این واحد انجام میشود .

- واحد کوره های قوس

       مهمترین بخش فولاد سازی قسمت کوره های قوس الکتریکی است. سیکل کاری برای هر ذوب با شارژ سبد قراضه شروع می شود.  پس از شارژ قراضه در کوره بسته شده و سه الکترود با قطر ٦٠٠ میلی متر توسط سیستمهای هیدرولیکی پایین آمده و عملیات قوس شروع می شود. بعد از ایجاد حوضچه مذاب روی قراضه، شارژ آهن اسفنجی شروع می شود .

- واحد متالورژی ثانویه

       با تخلیه مذاب در پاتیل، فرآیند متالورژی ثانویه آغاز میشود.  این فرآیند شامل گاز زدایی و فرآوری مذاب در کوره های پاتیلی می باشد.  در واحد گاز زدایی پاتیل زیر یک مکنده قوی قرار داده می شود. در هر سیکل نزدیک به ١٠ تن مذاب در اثر خلاء به درون محفظه اسنوکر کشیده و در آن جا به واسطه کاهش فشار خارجی، حباب های گاز از مذاب خارج میگردد .

تعداد سیکل های گاز زدایی برای هر ذوب بر اساس گرید فولاد مورد نظر تعیین می شود . سه الکترود به قطر ٤٠٠ میلی متر توسط سیستم هیدرولیک وارد کوره شده و با جریانی در حدود ٤٠ کیلو آمپر شروع به قوس زدن می کند .

در کوره های پاتیلی ابتدا نمونه گیری از مذاب توسط یک لانس مخصوص مجهز به ترموکوپل و سنسور حساس به گاز اکسیژن انجام می شود. سپس عملیات سرباره سازی با اضافه کردن آهک و آلومینیوم کروی انجام می شود. ایجاد سرباره در حفظ دما، تصفیه مذاب و بهبود شرایط قوس الکتریک مؤثر می باشد. با اتمام فرآیند متالوژی ثانویه، پاتیلها توسط ترانسفرکار از زیرالکترودها خارج میشود، در پایان واحد متالوژی ثانویه مذابی که براساس آنالیز مورد نیاز مشتری تهیه شده است برای تبدیل به تختال به واحد ریخته گری مداوم فرستاده میشود .

واحد ریخته گری مداوم

      به طور کلی در روش ریخته گری مداوم، مذاب از داخل پاتیل به درون تاندیش ریخته و از آنجا به قالب مسی کریستالیزاتور (که توسط آب دمین خنک می شود) وارد می شود.  دراین قالب پوسته اولیه شکل میگیرد، سپس تختالی که پوسته آن جامد و درون آن فلز مذاب است از داخل قالب بیرون کشیده و توسط اسپری آب خنک میشود. پس از انجماد نهایی تختال یا شمشهای ریخته شده در طولهای مشخص بریده و به قسمت نورد فرستاده میشود.

- واحد آماده سازی واصلاح تختال

      تختال خروجی از ماشینهای ریخته گری پس از برش خوردن وارد قسمت آماده سازی تختال می شود.  در این قسمت تختالها با توجه به گرید فولاد و سفارش مورد نظر در هوا یا آب سرد می شود.  وظیفه دیگر این واحد اصلاح عیوب سطحی تختال است که اصطلاحاً اسکارف نامیده می شود. عملیات اصلاح سطوح معیوب به وسیله ماشین اسکارف یا به صورت دستی صورت می گیرد. پس از آماده سازی، تختال ها توزین شده و با توجه به برنامه تولید و براساس کدی که بعد از برش روی آنها حک شده به واحد نورد گرم ارسال می شوند.  کوره های قوسی الکتریک اصلی ترین مصرف کننده انرژی الکتریکی در ناحیه فولاد سازی و ریخته گری مداوم است .

4-      نورد:

مشابه توضیحات برای واحد نورد در فرایند کوره بلند - کنورتور میباشد.  نورد گرم اولین مرحله فرایند نورد است . یکی از اهداف این واحد تولید کلاف گرم ٢ میباشد. واحد نورد گرم به طور کلی به بخشهای زیر تقسیم بندی میشود :

- انبار تختال

- کوره های پیشگرم

- نورد مقدماتی

- نورد نهایی و سیستم انتقال کلاف

- کلاف پیچها

- کارگاه غلطک

- سیستم تصفیه آب و ایستگاه پمپاژ

انبار تختال برای انبار کردن تختالها و ایجاد یکنواختی در خط تولید و جلوگیری از توقف خط نورد گرم در اثر اتفاقات و تعمیرات ناگهانی در بخشهای تولید تختال پیش بینی شده است . کورههای پیشگرم برای حرارت دادن شمش و تختال تا دمای مورد نیاز برای نورد استفاده میشوند . واحد نورد مقدماتی جهت تقلیل ضخامت تختال گرم طراحی شده است . نورد گرم نهائی و کلاف پیچها ، از تجهیزات عمده شامل قیچی برش، قفسه های نورد نهایی وکلاف پیچها تشکیل شده است . کلافها از دستگاههای کلاف کننده خارج شده و پس از چرخیدن از حالت افقی به حالت عمودی روی سیستم انتقال دهنده کلاف گذاشته شده و به انبار مربوطه جهت مصرف در ناحیه نورد سرد و یا واحد تکمیل نورد گرم انتقال داده میشود .

 

کلیه حقوق این وب‌سایت متعلق به سازمان بهره وری انرژی ایران - سابا می‌باشد.