مروری بر فرآوری خوراک واحدهای فولادسازی
صنعت فولاد از مرحله استخراج از معدن تا تولید و مصرف محصولات فولادی، زنجیره ارزش افزوده مناسبی ایجاد می کند که هر کدام از این زنجیره ها، سازه ها و زیرساخت ها، توسعه، ایجاد مشاغل و بهبود در اوضاع اقتصادی و حتی فرهنگی را با خود به همراه دارند. آشنایی با زنجیره فولاد، بحث و درک فرآیندهای موجود در داخل این زنجیره را تسهیل می کند.
علی یعقوبی، مجتمع فولاد میانه

استخراج سنگ آهن از معدن تا خردایش، کنسانتره­ سازی و آگلومراسیون(زینترسازی و گندله­ سازی) از فرآیندهای مهم تولید فولاد در صنعت فولاد است. در شکل۱،  نمونه ای از زنجیره ­ی تولید در صنعت فولاد نمایش داده شده است.

شکل ۱: زنجیره­ ی تولید در صنعت فولاد ازسنگ آهن تا مقاطع فولادی

صنعت فولاد از مرحله ی استخراج از معدن تا تولید و مصرف محصولات فولادی، زنجیره ارزش افزوده مناسبی ایجاد می­ کند که هر کدام از این زنجیره­ ها، سازها و زیرساخت­ ها، توسعه، ایجاد مشاغل و بهبود در اوضاع اقتصادی و حتی فرهنگی را با خود به همراه دارند. آشنایی با زنجیره­ ی فولاد، بحث و درک فرآیندهای موجود در داخل این زنجیره را تسهیل می­ کند. فرآیندهای استخراج سنگ آهن و خردایش و کنسانتره­ سازی بر فرآیند آگلومراسیون، تقدم دارند به همین دلیل در این نوشتار ابتدا مرور مختصری بر فرآیندهای قبل آگلومراسیون  انجام خواهد شد و در ادامه سینترسازی و گندله­ سازی مورد بحث قرار خواهند گرفت.

 

مروری بر فرآیندهای خردایش و آگلومراسیون در صنعت فولاد

در صنایع مختلف با توجه به اهداف آن صنعت از عملیات خردایش یا آسیاکاری و عملیات آگلومراسیون (که فرآیندی در جهت عکس خردایش است) استفاده می­ شود به عبارتی دیگر مواد با حجم و اندازه بزرگ، ریز می­ شوند (مانند صنعت سیمان) و یا مواد ریز با فرآیندهایی کنارهم تجمیع می­ شوند و محصول بزرگ­تری بوجود می­ آورند.

در ابتدای زنجیره­ ی صنعت فولاد هر دو عملیات خردایش و آگلومراسیون مورد استفاده قرار می­ گیرند. همانطور که در شکل۲ مشخص می­ باشد، سنگ­ آهن بعد از استخراج از معادن به خاطر اینکه مواد ناخالصی زیادی دارد، عملیات خردایش و آسیاکاری انجام می­ شود تا جداسازی، تغلیظ و حذف مواد ناخالصی (گانگ) همراه سنگ­ آهن، قابلیت انجام داشته باشد.

با توجه به شکل۲ بعد از فرآیندهای تغلیظ، محصولی به نام کنسانتره تولید می­ شود. کنسانتره، کانه‌­های آهن عیار بالا و به ­صورت نرمه و دانه‌­ریزی است که قابلیت‌ مصرف مستقیم در واحدهای احیای آهن و کوره بلند را ندارد؛ زیرا کنسانتره، تراوایی گاز را به‌ صورت ناموزون کاهش می‌­دهد و عملکرد واحدهای احیای مستقیم و کوره بلند را مختل می ­کند.

بنابراین کنسانتره آهن را قبل از استفاده در مراحل آهن­ سازی، در واحدهای آگلومراسیون به موادی با هندسه، ابعاد، تخلخل، استحکام و ویژگی­ های حرارتی یکنواخت تبدیل می­ کنند تا در کوره بلند و کوره­ های احیا، دارای ویژگی­ های مکانیکی، شیمیایی و حرارتی مطلوبی بوده و عملکرد فنی و اقتصادی آن­ها را دچار مشکل نسازند. حجم و مقدار ناخالصی سنگ­ آهن به نوع معادن وابسته است و می ­تواند از چند درصد تا حدود ۳۵ درصد وزنی معادن را تشکیل دهد. عمده­ی این ناخالصی­ ها در واحد تغلیظ و کنسانتره­ سازی حذف می­ شوند (مخصوصا در تولید گندله).

 

آگلومراسیون در صنعت فولاد

دانه‌بندی کنسانتره­ ی آهن، می تواند از چند میکرون تا ۶۰۰ میلیمتر تغییر کند و به ­صورت مستقیم، به­ کار بردن این مواد در فرآیندهای آهن­ سازی، ممکن نمی­ باشد. استفاده از  ذرات بسیار ریز می­ تواند موجب خفگی کوره شده و یا به صورت غبار از کوره خارج ‌شوند. ذرات درشت هم احتمال دارد باعث خرابی تجهیزات باردهی، بارگیری و یا کوره شده و حتی ممکن است بدون اینکه کاملاً احیا شوند از کوره خارج شوند (در کوره های احیاء مستقیم). به منظور رفع این مشکلات از فرآیند آگلومراسیون استفاده می­ شود. در فرآیندهای آگلومراسیون ذرات ریز با اضافه کردن موادی دیگر (آب و چسب و …) و با اعمال روش­ هایی به موادی بزرگ­تر و مورد انتظار صنایع بالاسری تبدیل می­ شوند. در شکل۳، طرحواره­ای از آگلومراسیون قابل مشاهده می­ باشد.

شکل۳ : شماتیک فرآیند آگلومراسیون

 

 

برای آگلومراسیون، سه فرآیند متداول جهت افزایش اندازه ذرات در صنایع متالورژی در نظر گرفته می­ شود: ۱- کلوخه­ سازی یا زینتر کردن (Sintering)، ۲- گندله­ سازی یا پلت­ سازی (Pelletizing)، ۳- خشته­ سازی یا بریکت­سازی Briquetting)). در صنعت فولاد معمولا هر سه روش مورد استفاده قرار می ­گیرند، بریکت­ سازی عمدتا برای فرآوری نرمه­ های آهن اسفنجی به­ کار گرفته می­شود ولی فرآیندهای زینترسازی و گندله­ سازی در فرآوری نرمه­ های سنگ­آهن به کار برده می­ شوند.

کلوخه سازی یا زینترینگ، هم جوشی نرمه­ های چند میلیمتری سنگ آهن و برخی ضایعات آهن دار از جمله غبار کوره بلند و لجن کنورتور به همراه کک و سنگ آهک و تبدیل آن به دانه­ های درشت­تر و مناسب برای شارژ در کوره بلند است (شکل۴). در کلوخه­ سازی، آب اضافه شده به مخلوط کلوخه باعث فعال شدن ذرات سیلیس سنگ آهن و تشکیل یک مخلوط ویسکوز می­ شود. ذرات کک به دلیل چسبندگی به ذرات بزرگ­تر اضافه می­ شوند. هنگامی که این مخلوط حرارت می­بیند، ذرات کک سوخته و تولید گرما می ­کند. این گرمای احتراق به قدری است که باعث همجوشی سطح ذرات سنگ آهن و پیوند نفوذی آن­ها شود.

در صنعت فولاد، امروزه عمده خوراک آهن­ سازی با روش کوره بلند و احیامستقیم به ­ترتیب با زینتر و گندله تأمین می­ شود. با توجه به اینکه اکثر فولاد خام دنیا با روش کوره بلند تولید می ­شود، امروزه در صنعت فولاد جهان حدود ۷۰% از زینترسازی استفاده می­ شود.

روش فولاد­سازی در ایران نسبت به کل جهان متفاوت است به­ طوری که در ایران شرکت­های معدودی با استفاده از روش کوره بلند درحال تولید فولاد می­باشند. در ایران شرکت ذوب­ آهن اصفهان به همراه چند شرکت کوچک از روش کوره بلند بهره می­ برند و ضمنا شرکت­ های مذکور تامین­ کننده خوراک کوره های خود نیز می ­باشند. در ایران ظرفیت سالیانه تولید فولاد از روش کوره بلند، حدود ۴.۵ میلیون تن است و قابل توجه می­ باشد که به دلایل مشکلات و محدویت­ های موجود در زینترسازی، تناژ تولیدی واحدهای مبتنی بر روش کوره بلند در کشور، حدود ۳۰ درصد از ظرفیت اسمی کمتر است.

شکل۴ : شماتیک جریان مواد در فرآیند زینترسازی

از میان سه روش آگلومراسیون، گندله سازی از لحاظ فرآیندی اهمیت بیشتری دارد. گندله، گوی­های تولید شده از کنسانتره سنگ آهن با دانه بندی معمولاً کمتر از ۵۰ میکرون به همراه آب، بنتونیت و برخی افزودنی­های دیگر است. اندازه گندله های مطلوب جهت استفاده در واحدهای احیا معمولاً ۸ تا ۱۶ میلیمتر است. گندله­سازی یکی از مراحل مهم و اصلی تولید فولاد است و خود شامل مراحل آماده­سازی مواد اولیه، مخلوط کردن مواد اولیه، تولید گندله خام، پخت گندله خام و دانه­بندی گندله ها است. مراحل مهم فرآیند گندله­سازی در شکل۵ قابل مشاهد می­باشد.

شکل۵ : مراحل مهم در فرآیند گندله­سازی

گندله سازی

 

با توجه به کاهش ذخایر معادن با خلوص بالا و همچنین افزایش واحدهای احیا مستقیم و نیز محدودیت­های زیست­محیطی روش کوره بلند، تولید گندله در جهان به صورت چشمگیری در حال افزایش است. امروزه سالانه نزدیک به ۷۰۰ میلیون تن گندله در جهان تولید می­شود و پیش­بینی­ها حاکی از افزایشی بودن این روند می­باشد. ایران به­خاطر بهره بردن از ذخایر عظیم گازی و همچنین محدودیت در معادن زغال سنگ مرغوب، صنعت فولاد خود را بر اساس روش­های احیا مستقیم پایه­ریزی کرده است به همین دلیل استفاده از روش گندله­سازی که خوراک مناسب واحدهای احیا می­باشد در ایران مرسوم است و شرکت­های متعددی در این زمینه فعالیت می­کنند.

 

2

تاریخ انتشار : ۱۸ آبان ماه ۱۴۰۰ ساعت ۱۰:۴۲
شناسه مطلب : 39100
ارسال
برچسب ها
ارسال دیدگاه
نام و نام خانوادگی
پست الکترونیک
کد امنیتی

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.