فرآیند تولید آهن اسفنجی

در سطح جهاني سنگ‌آهن مهمترين ماده اوليه تغذيه كوره بلندها و كوره اكسيژني ( BF-BOF ) است كه 4/65 درصد از توليد جهاني فولاد خام را در سال 2005 به‌خود اختصاص داده است. اما براي استفاده از اين روش بايد فرآيندهاي مختلفي روي مواد اوليه صورت‌پذيرد كه نياز به ميزان بالايي سرمايه‌گذاري در امور زيربنايي دارد. علاوه بر اين مشكلات زياد زيست‌محيطي ايجاد كرده و دوره رسيدن به بهره‌برداري آن نيز طولاني است.
براي رهايي از نواقص فرآيند BF-BOF ، روش فولادسازي EAF به‌وجود آمد كه آن نيز عمري طولاني پيدا كرده است. سهم توليد فولادسازي قوس در توليد جهاني فولاد خام از 6/26 درصد در سال 1988 به 1/33 درصد در سال 2005 افزايش يافته است. افزايش روند قيمت‌هاي قراضه و كمبود آن موجب شد كه به فناوري‌هاي جديدي دست يافته و تركيب شارژ مناسبي به‌صورت آهن اسفنجي يا DRI (آهن احياي مستقيم) توليد شود.
آهن اسفنجي از احياي مستقيم سنگ‌آهن به‌دست مي‌آيد كه عيار آن بين 84 تا 95 درصد است. احيا موجب حذف يا از بين رفتن اكسيژن در سنگ‌آهن شده و سنگ را به‌صورت شانه عسل يا ساختار متخلخل اسفنجي شكلي درمي‌آورد كه به‌همين دليل بدان آهن اسفنجي مي‌گويند. معمولا آن را به شكل كلوخه يا گندله‌اي شكل نيز توليد مي‌كنند و علاوه بر اين به‌صورت فشرده و بريكت شده نيز توليد مي‌شود كه بدان HBI (آهن بريكت شده گرم) مي‌گويند كه معمولا از طريق فشرده كردن DRI در درجه حرارت حدودا 650 درجه سانتيگراد به‌وجود مي‌آيد. HBI شكل تغليظ شده و فشرده DRI است كه براي انبار كردن و حمل‌ونقل آسان طراحي شده است. DRI را مي‌توان در كارخانه‌ها و واحدهاي فولادسازي كه در آن جا احيا در واحدهاي احيا در كنار واحد فولادسازي‌ها صورت مي‌پذيرد استفاده كرد. DRI در جهان يك ماده شارژ كاملا خالص و مرغوب محسوب مي‌شود. در مقايسه با قراضه، مزاياي استفاده از HBI/DRI يكپارچگي بيشتر آن در تركيب، عناصر مضره كمتر (به‌خاطر ماهيت متخلخل آن) و مشكلات كمتر زيست‌محيطي آن است.
مزيت استفاده از آهن اسفنجي به‌جاي قراضه
ـ آهن اسفنجي جايگزين بهتري براي قراضه در واحدهاي فولادسازي EAF/IF است چون ماهيت آن هموژن بودن آن، بهره‌وري مطلوب و مصرف كمتر كك است.
ـ آهن اسفنجي را مي‌توان جايگزين قراضه فولادي در كنورتور LD به‌عنوان يك خنك‌كننده كرد.
ـ آتشگر نيست. داراي عناصر مضره يا زائد مانند مس، روي، قلع، كروميوم، تنگستن، موليبدنيوم و غيره كه معمولا در قراضه فولاد موجود است، نيست.
ـ آهن اسفنجي داراي سولفور و گوگرد كمتري است.
ـ فرآيند DRI داراي توانايي استفاده از زغال نامرغوب با خواص واكنشي خوب است كه براي فولادسازي سنتي غيرقابل قبول است.
ـ استفاده از DRI امكان مصرف قراضه نامرغوب به‌عنوان بخشي از مواد شارژي در فولادسازي الكتريكي بدون تاثير بر كيفيت فولاد را ميسر مي‌سازد.
ـ به‌دليل تركيب مشخص آن، استفاده از DRI/HBI امكان پيش‌بيني دقيق از آناليز نهايي از ابتداي تغذيه مستمر آهن اسفنجي وجود دارد.
ـ به‌دليل اندازه هماهنگ DRI به بهره‌وري افزوده شده است. آهن موجود به‌صورت اكسيد در آهن اسفنجي با حمام كربن واكنش نشان داده كه منتهي به تاثير جوشش شديد شده و موجب انتقال بهتر گرما و شتاب واكنش سرباره/ فلز در طي فولادسازي مي‌شود. به همين دليل همگوني حمام بهبود يافته و منتهي به هيدروژن و نيتروژن كمتري در فولاد مي‌شود.
افزايش مصرف آهن اسفنجي در فولادسازي قوسي
تا پايان قرن گذشته واحدهاي EAF/IF در هند 25 تا 30 درصد DRI را به‌عنوان مواد شارژي به‌همراه قراضه در فولادسازي مصرف مي‌كردند. اما در حال حاضر بعضي از EAF/IF ها 70 درصد يا بيشتر DRI در تركيب شارژ استفاده مي‌كنند.

طبق بررسي‌هاي انجام شده انتخاب DRI موجب مصرف 80 درصد DRI در تركيب شارژ در كوره‌هاي قوسي تا سال 2008ـ2007 شد كه مي‌تواند حتي تا سال 2012ـ2011 در مناطق مختلفي از هند به 85 درصد نيز برسد.
تشريح فرآيند توليد آهن اسفنجي
مهمترين مواد اوليه لازم براي توليد آهن اسفنجي اكسيدهايي به شكل كلوخه سنگ‌آهن / گندله، زغال كك‌شو (با خواص واكنشي بالا) و مواد گدازنده مانند آهك و دولوميت هستند، بايد در تعيين مشخصه‌هاي اكسيدآهن مانند ميزان فسفر و ضريب اطمينان آن از نظر سهولت احيا، احتياط و دقت لازم به‌عمل آيد. با استفاده از گندله با خلوص بالا و ميزان فسفر پايين به يك قيمت اقتصادي مي‌توان به توليد اقتصادي آهن اسفنجي نيز دست يافت.
آهن اسفنجي با استفاده از زغال‌ غيركك‌شو از طريق فرآيند احياي سنگ‌آهن در كوره دوار توليد مي‌شود. احيا در يك درجه حرارت از پيش تعيين شده و فشار آتمسفري كنترل شده صورت مي‌پذيرد. مواد اوليه ورودي مانند سنگ‌آهن، زغال كك‌شو (با خاصيت واكنشي بالا) و مواد گدازنده مانند سنگ‌ آهك و دولوميت در اندازه‌هاي كاليبره شده به كمك تغذيه‌كننده‌هاي وزني و حجمي به‌داخل كوره دوار تغذيه مي‌شوند. به‌دليل شيب و حركت چرخشي كوره دوار مواد اوليه به آهستگي از انتهاي دستگاه تغذيه به انتهاي محل تخليه يا شارژ حركت مي‌كند. در طي حركت سنگ‌آهن به همراه زغال كه قبلا گرم شده است به DRI تبديل مي‌شود. سپس مواد مستقيم به خنك‌كننده دوار تخليه شده و در آنجا خنك مي‌شود. درجه حرارت محصول خنك شده در حدود 80 درجه سانتيگراد بوده كه از خنك‌كننده تخليه شده و سپس به سيستم جداسازي و جابه‌جايي برده مي‌شود. اين محصول كه شامل آهن اسفنجي با مواد مغناطيسي مانند زغال و غيره است توسط غربال به اندازه‌هاي مختلف جدا شده و سپس به‌طور مغناطيسي توسط جداكننده مغناطيسي جدا مي‌شود سپس آهن اسفنجي به يك مخزن ريخته شده و بيرون فرستاده مي‌شود.

فرآيندهاي مختلف آهن اسفنجي
فرآيندهاي احياي مستقيم را مي‌توان به روشي كه زغال غيركك‌شو (مانند فرآيندهاي كوره دوار و بوته دوار) و روشي كه از گاز طبيعي (مانند كوره شافتي، فرآيندهاي كوره‌اي با بستر مذاب) استفاده مي‌كنند، تقسيم‌بندي كرد.
تعدادي از فرآيندهاي DRI كه در حال حاضر استفاده مي‌شوند به شرح زير است:
ـ فرآيندهاي زغالي با استفاده از كوره‌هاي دوار SL/RN ، Codir ، Accar ، DRC ، TDR ، SIIL ، OSIL و Jindal
ـ فرآيندهاي زغالي با استفاده از كوره‌هاي بوته‌اي دوار Immeto ، Fastmet ، Cicofer ، Sidcomet
ـ فرآيند نوع گازي كه از retorts استفاده مي‌كنند HYL1
ـ فرآيندهاي پيوسته در يك كوره شافتي با استفاده از گاز طبيعي شكسته‌مانند به‌عنوان يك احياكننده ميدركس و HYLIII
ـ فرآيندهاي گازي با استفاده از بستر مذاب FIOR ، Finmet و Circored
ـ فرآيندهاي مخصوص براي تصفيه اكسيدهاي باطله مانند PRIMUS با استفاده از يك كوره چند بوته‌اي. در سطح جهان فرآيند ميدركس بالغ بر 64 درصد توليد جهاني آهن اسفنجي را به‌خود اختصاص داده است كه پس از آن HYLIII به ميزان 18 درصد و فرآيندهاي زغالي حدودا با 12 درصد توليد در رده‌هاي بعدي قرار گرفته‌اند.

مزيت‌هاي استفاده از آهن اسفنجي در كوره قوسي:
با افزودن آهن اسفنجي به قراضه در مخزن تغذيه يك فرآيند كوره قوسي از ناخالصي‌هايي مانند سولفور و فسفر در حد قابل ملاحظه‌اي كاسته مي‌شود. با رقيق كردن تركيب شارژ نياز به تصفيه كمتر شده و در نتيجه عمليات متالورژيكي در داخل كوره آسانتر شده و بهره‌وري كوره را بالا مي‌برد. غالبا مشخص شده است اگر شارژ به حد كافي رقيق باشد مي‌تواند تصفيه به‌طور كامل در عمليات ذوب در خود كوره صورت پذيرد بنابراين اين امر موجب افزايش بهره‌وري مي‌شود.
ـ تغذيه مستمر: تغذيه مستمر DRI به يك EAF در مقايسه با شارژ يكصد درصد قراضه در همان شرايط به كوره ميزان قدرت يا توان برق را بالاتر مي‌برد.
ـ به‌دليل ماهيت ناهمگون قراضه و تغيير پيوسته طول قوس بين الكترود و قراضه باعث نوسانات شديدي در ذوب قراضه مي‌شود. مشخص شده است كه چنين نوسانات شديدي موجب كاهش قدرت برق ورودي مي‌شود. از طرف ديگر ذوب DRI كه به‌طور مستمر تغذيه مي‌شود موجب شده است از ميزان برق مصرفي 15 كيلووات در ساعت در هر تن DRI توليد شده با استفاده از ترانسفورمزهاي UHP كاسته شود.
ـ شارژ گرم آهن اسفنجي: شارژ گرم آهن اسفنجي يكي از روش‌هاي موثر كاهش هزينه توليد هر تن فولاد مذاب است چون مصرف برق و الكترود را كاهش مي‌دهد. علاوه بر اين شارژ گرم DRI بهره‌وري واحد ذوب طراحي شده براي شارژ سود DRI را افزايش مي‌دهد. در هند تكنولوي شارژ DRI گرم از ابداعات شركت اسار ( Essar ) است و حدودا 120 كيلووات ساعت در هر تن با مصرف DRI گرم توسط EAF در درجه حرارت 650 سانتيگرادي موجود در آهن از مصرف انرژي مي‌كاهد.
ساير مزيت‌ها
مصرف پايين الكترود
استفاده از DRI در مقايسه با قراضه موجب كاهش مصرف الكترود به‌دلايلي به شرح زير مي‌شود:
ـ سقوط قراضه منجر به افزايش شكستگي مي‌شود كه بسيار كمتر از زماني است ‌كه از شارژ DRI استفاده مي‌شود.
ـ استفاده از DRI بهره‌وري را در كوره بالاتر مي‌برد. به دليل ميزان بالاي كربن منواكسيد ( co ) در كوره، اكسيداسيون الكترود كاهش مي‌يابد.
– مصرف پايين اكسيژن در زمان كاهش قراضه به اكسيژن زيادي نيازي نيست.
ـ اكسيژن ورودي در DRI مربوط به اكسيدهاي احيا نشده است.
ـ اكسيد آهن احيا نشده در DRI در حد كافي است كه مي‌تواند نيازهاي سرباره به اكسيدهاي آهني را تامين ‌كند.
علاوه بر موارد فوق استفاده از DRI در تركيب شارژ موجب كاهش زمان و مصرف نسوز مي‌شود.

مصرف DRI در روش IF
استفاده از DRI در كوره‌هاي ذوب القايي ( Ifs ) حدود سال‌هاي 1991ـ1990 آغاز شد. به توليدكنندگان آهن اسفنجي در هند در خصوص استفاده صحيح از DRI در Ifs آموزش لازم داده شد. چندين توليدكننده آهن اسفنجي واحدهاي Ifs را نصب كرده‌اند و از آهن اسفنجي به نسبت بالاي 60 تا 70 درصد در تركيب شارژ استفاده مي‌شود. اين توليدكنندگان از كوره‌هاي القايي بزرگ استفاده مي‌كنند و با كج كردن كوره و بيرون ريختن سرباره آن را دفع مي‌كنند.
شارژ DRI به كوره‌هاي بلند
شركت تاتا استيل در مصرف آهن اسفنجي در كوره بلند پيشرو بوده است. در حال حاضر SAIL نيز مي‌خواهد همين كار را انجام دهد. شارژ اين‌گونه مواد آهن‌دار به كوره بلند داراي دو مزيت عمده است:
ـ كاهش در ميزان مصرف كك
ـ افزايش بهره‌وري چدن مذاب
ـ مصرف يا شارژ آهن اسفنجي در كوره‌هاي بلند از نظر تكنيكي و تكنولوژي بسيار مناسب است.
ـ مي‌توان به بعضي از جنبه‌هاي فني منفي شارژ آهن اسفنجي در كوره بلندها فائق آمد و به همين منظور توليدكنندگان آهن اسفنجي بايد توليدات خود را براي مصرف در كوره بلندها همسو كنند كه از سود بالاتري بهره‌مند خواهند شد.
احیای مستقیم به روش میدرکس
مقدمه:
در اغلب کشورهای پیشرفته صنعتی در دهه گذشته ،تولید آهن و فولاد و صنایع مشابه،کاهشیافته و در زمینه تولید مواد نو و اطلاعات ،فناوری های جدید و کنترل پیشرفته موادبرنامه ریزی شده است . درکشورهای در حال توسعه بالعکس در صنایع تولید آهن و فولاد وسایر صنایع سرمایه بر، انرژی بر و حتی آلوده کننده محیط زیست بیشتر سرمایه گذاری شدهاست. در ایران در برنامه سوم توسعه از1379 تا1383 شمسی برنامه ریزی شده بود کهتولید آهن و فولاد ازحدود 7 میلیون تن یه 7/14 میلیون تن افزایش یابد. برای تولید 2/14 میلیون تن تاکنون قراردادهایی منعقد گردیده است. حتی برای 20 سال آیندهبااحتساب صنایع تولید آهن وفولاد خصوصی صحبت از تولید 25 تا28 میلیون تن فولاد درسال است که افزایشی حدود700 هزار تن د رسال (معادل 5 درصد در سال یا احداث یک واحد700هزار تنی در سال) می باشد و این رشد بالایی رانشان می دهد. -از تولید سالانه946/8میلیون تن فولاد در جهان درسال 2003 میلادی، 55/94 درصد از طریق روش سنتی کورهبلند بامصرف کک و 45/5 درصد از طریق روش های احیای مستقیم با مصرف گاز طبیعی و زغالمی باشد. هم اکنون در زمینه زغال سنگ کک شو 140 در صد و کک 190 درصد افزایش داشتهاست. درایران برخلاف زغال سنگ کک شو،ذخایر گاز طبیعی به وفور یافت می شود و ایراناز نظر ذخایر گاز طبیعی در جهان در مقام دوم قرار دارد. -در سال 1382 ایران باتولید حدود 43/5 میلیون آهن اسفنجی براساس مصرف گاز طبیعی در جهان در مقام دوم قرارداشت و به زودی به مقام اول ارتقاء خواهد یافت. تولید آهن و فولاد در ایران مازادبر مصرف سرانه بین المللی می باشد و احتماً برای صادرات برنامه ریزی شده است . باتوجه به برنامه ریزی و ضرورت افزایش تعداد واحدهای دولتی و خصوصی ،تولید آهن وفولاد درایران با آگاهی از کمبود زغال کک شو در ایران و جهان،برای گسترش صنایعتولید آهن وفولاد ،روش سنتی کوره بلند /کنورتور بامصرف کک توجیه پذیر نیست. -از49/5میلیون تن آهن اسفنجی در سال 2003 میلادی به روش های احیای مستقیم با مصرف گازطبیعی حدود 6/64 درصد از طریق میدرکس،7/19 درصد از طریق HYL3/HYL1 و درصد ناچیزی بهسایر روش هااز جمله قائم اختصاص داشت. درایران از حدود 43/5 میلیون آهن اسفنجیتولیدی حدود 80 درصد به روش میدرکس تولید شده است. فناوری تولید آهن اسفنجی در کورههای احیا به روش های میدرکس ، HYL3 و قائم شناخته شده و بدون مشکل انجام پذیر است. تولید گاز احیا کننده در روش های میدرکس ، HYL3 و قائم ازگاز طبیعی و عامل اکسایشجزئی گاز طبیعی در روش میدرکس،گاز خروجی کوره ، در روش HYL3 بخار آب و درروش قائم ،اکسیژن و گاز خروجی کوره است. -روش های میدرکس و HYL3 به رفورمر و لوله های فولادیمجهز هستند و لوله ها دربرابر نوسانات حرارتی و ترکیب گاز طبیعی و سنگ آهن مصرفی،حساس هستند. همچنین امکان استهلاک آنها از درون و برون وجود دارد. این لوله هاوارداتی هستند و فناوری ساخت آنها پیشرفته و انحصاری است. کاتالیزور درون آنها نیزدر برا بر ترکیب گاز طبیعی و سنگ آهن مصرفی حساس می باشد و امکان مسمومیت آنها وجوددارد. کاتالیزور مصرفی درآنها نیز وارداتی است. فناوری تولید آن، اختصاصی و پیشرفتهاست. درصورتی که روش قائم فاقد رفورمر و کاتالیزور می باشد و از این ضعف ها مبرااست. – باتوجه به شرایط خاص سنگ آهن برای مصرف درکوره میدرکس و ضرورت تامین سالانه حدود 36 میلیون تن سنگ آهن پر عیار در 20 سال آینده (معادل 25 میلیون تن فولاددرسال)، عدم مزیت خاص فناوری روش میدرکس نسبت به روش قائم و بالعکس قائم نسبت بهروش های احیای مستقیم باگاز طبیعی که از پیشرفته ترین فناوری برخوردار است،منطقی بهنظر می رسد که استراتژی توسعه صنایع تولید آهن و فولاد درایران بیشتر بر اساس عدموابستگی برنامه ریزی شود .

1- اطلاعات و شاخص‌هاي صنايع فولاد جهان و ايران در سال 2006تولید سالانه آهن اسفنجی:
1- میزان تولید آهن اسفنجی جهان 8/59 میلیون تن در سال است.
2- کشور هند با تولید 15 میلیون تن رده اول جهان را داراست.
3- ایران با تولید 93/6میلیون تندر سال در جهان رده سوم و در بین کشورهای اسلامی اول است.
4- 80 % آهن اسفنجی در ایران به روش میدرکس تولید می شود.
5- ایران در تولید چدن در سال در رده سی و یکم جهان است.
در میان روش های مختلف برای تولید آهن اسفنجی میدرکس با بیشترین تولید ( 5/29 میلیون تن در سال ) در مقام اول است
2-بررسی سرعت احیا کانه های آهن
احیا کانه هماتیتی بطور کلی شامل مراحل زیر است :
1- انتقال گاز احیا کننده به سطح پلت و از قشر مرکزی به خلل و فرج ماکروسکوپی پلت
2- انتقال گاز احیا کننده به خلل و فرج میکروسکوپی
3- انتقال گاز احیا کننده از خلل و فرج میکروسکوپی به محل واکنش شیمیایی
4- جذب فیزیکی و شیمیایی گاز احیا کننده در سطح واکنش
5- واکنش شیمیایی احیا
6- انتقال گازهای احیا از خلل و فرج میکروسکوپی به خلل و فرج ماکروسکوپی
7- انتقال گازهای احیا از خلل و فرج ماکروسکوپی به سطح
8- انتقال گازهای احیا از سطح به گاز جاری در خارج از پلت
در واکنش ها بطور کلی هر مرحله ای که کمترین سرعت را دارا باشد کنترل کننده سرعت کلی واکنش می باشد.
عوامل متعددی بر سرعت احیا کانه ها تاثیر می گذارند که مهمتربن آنها در زیر نام برده شده اند :
1- نوع شارژ (سنگ آهن یا پلت )
2- خلل و فرج
3- شکل هندسی
4- اندازه پلت
5- ترکیب گاز احیا
6- دما
7- درجه احیا
8- سرعت جریان گاز احیا کننده
9- فشار گاز احیا کننده
در میان شارژهای مختلف سرعت احیا پلت های هماتیتی از سنگ آهن بسیار بیشتر و در حدود 2 برابر آن است، که این امر به علت تخلل موجود در آن است.
هر چه شکل هندسی پلت به کره نزدیکتر باشد و اندازه آن کوچک تر سرعت احیا آن بیشتر است، بدیهی است اندازه پلت ها از یک حد معین کوچک تر نمی تواند باشد. ( به علت خوشه ای شدن و چسبیدن آن ها به هم )
در گاز احیا کننده هر چه نسبت هیدروژن به مخلوط هیدروژن و مونو اکسید کربن بیشتر باشد سرعت احیا بهبود می یابد.
با افزایش دما و فشار گاز احیا کننده و کاهش سرعت عبور آن از محفظه نیز سرعت احیا بهبود می یابد.
برای افزایش درجه احیا یا درجه آهنی شدن(درجه آهنی شدن را نسبت مقدار آهن فلزی به مقدار آهن در ترکیبات تعریف می کنیم.) مستلزم به مصرف بیشتر گاز احیا کننده و زمان بیشتر هستیم
می توان دید در میان روش های مختلف میدرکس از نظر مصرف پایین ترین و از لحاظ تولید بالا ترین مقدار را دارد.
و همچنین با افزایش درجه آهنی شدن نیز مصرف همگی روش ها افزایش می یاید.

3- فناوری تولید آهن اسفنجی
ابداع روش به وسیله W.T Marton و D.Beggs در شرکت میدلند – روس در سال 1965 انجام گرفت. در سال 1967 اولین واحد احیای مستقیم آزمایشی در اوهایو با ظرفیت 5/1 تن در ساعت و سپس واحد دیگری در سال 1969 در پرتلند به ظرفیت سالیانه 150 هزار تن تاسیس شد.
در این روش سرباره تشکیل نمی شود بنابر این برای احیا از گندله های هماتیتی کم سیلیس با حدود 4 درصد ناخالصی هایی شامل سیلیس، آهک و منیزیت استفاده می شود.

4- تجهیزات واحد میدرکس
یک واحد میدرکس شامل تجهیزات انتقال بار به کوره احیا، تاسیسات کوره احیا، تجهیزات تولید گاز احیا کننده و تجهیزات جنبی می باشد که به اختصار توضیح داده می شود.

4-1 )تجهیزات انتقال بار به کوره و تخلیه آهن اسفنجی از کوره
الف : نوار نقاله
از نوار نقاله ها برای انتقال شارژ به کوره احیا استفاده می شود
ب : مخزن بالای کوره
شارژ در این مخزن نگه داری می شود در این صورت اگر مشکلی در کار نوار نقاله ها پیش بیاید اجباری به توقف کار کوره احیا نیست.
سطح مواد درون این مخزن به وسیله یک میله رادیو اکتیو اندازه گیری می شود که در صورت پایین بودن این سطح به طور خودکار سرعت نوار نقاله ها افرایش پیدا می کند. در شکل 2 میتوان این مخزن را دید.
پ : دریچه کشویی هیدرولیکی و فلانچ ها
این تجهیزات برای جلوگیری از خروج گاز احیا کننده تعبیه شده اند.
ت : کمپنزاتور
برای تعدیل انبساط های حرارتی بدنه کوره پیش بینی شده است.
ث : کوره احیا
کوره از دو قسمت فوقانی و تحتانی تشکیل شده است، قسمت قوفانی کوره که منطقه اصلی احیا می باشد، استوانه ای به قطر 8/4 تا 5 متر و ارتقاع 9 متر است که حجم مفید آن حدود 220 متر مکعب می باشد، اما کل ارتفاع کوره 12 تا 14 متر می باشد.
بار کوره حدود 5/6 ساعت در این منطقه به آهن اسفنجی تبدیل می شود و سپس در قسمت پایینی توسط گاز سرد کننده سرد می شود. در شکل 2 قسمت های مختلف یک کوره میدرکس را می توان دید.
ج : خوشه شکن ها
به علت تماس و فشار مکانیکی به یکدیگر در کوره امکان تشکیل خوشه در موره احیا وجود دارد، لذا برای خرد کردن این خوشه ها و نیز تنظیم یکنواخت بار در موره در قسمت تحتانی هفت خوشه شکن نصب شده است:
1- سه خوشه شکن فوقانی ( به علت دمای زیاد در این منطقه این خوشه شکن ها دارای سیستم آبگرد هستند )
2- سه خوشه شکن میانی
3- یک خوشه شکن پایینی
سرعت چرخش خوشه شکن ها با سدعت جریان مواد در کوره هماهنگ می شود.
چ : سیلو های نگه دارنده آهن اسفنجی
در این سیلوها که برای نگه داری آهن اسفنجی پس از خروج از کوره استفاده می شود گاز خنثی برای جلوگیری از اکسایش مجدد پلت ها جریان دارد.

4-2 تجهیزات تولید گاز احیا کننده
1- رفورمرها
2- لوله های راکتور
3- کاتالیزورها
اکسایش جزئی گاز طبیعی در روش میدرکس برای تولید گاز احیا کننده با قسمتی از گاز خروجی کوره احیا بطور مداوم در راکتور تولید گاز انجام میشود. به این وسیله گاز متان با عوامل اکسیدکننده گاز خروجی کوره که قسمت عمده آن هیدروژن، اکسید کربن، بخار آب، گاز کربنیک و متان تشکیل شده است به هیدروژن و اکسید کربن تبدیل شده و از طریق لوله های رفورمر به کوره احیا می رود.
لوله هایی که در ساخت رفورمر به کار می روند از فولاد فوق العاده مقاوم در برابر حرارت با 35% نیکل، 25% کروم، کربن بالا به علاوه نیوبیوم ریخته و سپس جوش داده می شوند.
عمر این لوله ها در حدود 10000 ساعت است و در حین کار نیز می توان در صورت خراب شدن آن ها را تعویض نمود. در شکل – 6 میتوان این لوله ها را مشاهده کرد.
در این راکتور 288 لوله فولادی در چهار ردیف 72 تایی قرار دارد، درون لوله ها با سفال و کاتالیزور پر شده است.
120 مشعل در 5 ردیف در کف راکتور قرار دارند و دما را به 900 درجه سانتی گراد می رسانند. مشعل ها دو دسته هستند : اصلی (سوخت گاز طبیعی و گاز خروجی کوره) و کمکی (سوخت گاز طبیعی)
دود حاصل از احتراق مشعل ها با دمای 1100 درجه سانتی گراد خارج و به بازیاب حرارتی فرستاده می شود.
در لوله ها سه نوع ماده وجود دارد: مواد خنثی، کاتالیزورهایی با فعالیت کم، کاتالیزورهایفعال
بدنه کاتالیزورها از اکسیدهای سیلیسیوم، آلمینیوم، کلسیم و منیزیم تشکیل شده اند و سطح آن ها با لایه نازکی از کاتالیزور نیکل یا کبالتپوشیده شده است.
گوگرد می تواند باعث مسمومیت کاتالیزورها شود در نتیجه میزان گاز کربنیک و متان گاز احیا کننده بالا میرود، با افزایش گاز کربنیک به طور اتومات میزان گاز طبیعی ورودی به راکتور بالا میرود که این امر خطر دوده زدن در لوله های رفورمر را دارد.
در نتیجه همواره میزان گاز طبیعی مطلوب به دو وسیله کنترل میشود :
1. از سنجش نسبت گاز خروجی احیا به گاز ورودی
2. درصد گاز کربنیک موجود در گاز احیا کننده تولیدی
4-3 بازیاب حرارتی
در بازیاب حرارتی حرارت محسوس دود به گازهای زیر منتقل می شود:
به هوای سوخت مورد استفاده برای مشعل های رفورمر
به گاز خروجی کوره احیا پیش از ورود به رفورمر
به گاز طبیعی
لوله های مورد استفاده در این واحد از فولاد ضد زنگ اوستنیتی کروم دار و مقاوم در برابر حرارت ساخته شده اند، این لوله ها به علت کروم زیاد آن ها بسیار شکننده هستند و در هنگام نصب آنها باید از زدن ضربه به آن ها خودداری نمود.
مزایای مصرف آهن اسفنـجی نسبت به آهن قـراضه در کوره های برقی
با توجه به افزایش روز افزون مصرف فولاد در دنیا، تأمین بار آهنی و مواد اولیه همواره مورد نیاز فولاد سازیهای جهان می باشد که در این راستا، تولید و مصرف آهن اسفنجی سهم قابل توجهی را به خود تخصیص داده است.
برخی از مزایای تردید ناپذیر مصرف آهن اسفنجی در مقایسه با آهن قراضه معرفی می شود.

تحقق آنالیز شیمیایی استاندارد محصولات فولادی در صورت استفاده از آهن اسفنجی در کوره های برقی
الف- استمرار یکنواختی آنالیز در محصول
ب- گوگرد و فسفر کمتر در آهن اسفنجی نسبت به آهن قراضه
همچنین با مصرف و شارژ توام آهن اسفنجی و قراضه در کوره های قوس الکتریکی و القائی از میزان ناخالصی ها و عناصر گوگرد و فسفر در حد قابل ملاحظه ای کاسته می شود. با دقیق کردن ترکیب شارژ آهن اسفنجی و قراضه نیاز به عملیات تصفیه مذاب کمتر شده و در نتیجه عملیات متالوژیکی در داخل کوره آسانتر انجام شده و بهره وری کوره بالا می رود.
ج- با جایگزینی آهن اسفنجی به جای قراضه، میزان مس، کروم، تنگستن، سرب، قلع و روی و سایر عناصر مزاحم و مضر در چدن و فولاد مذاب کاهش یافته و کیفیت و خواص مکانیکی محصولات ریخته گری و فولادی افرایش می یابد.
د- کاهش میزان نیتروژن در مذاب فولاد باعث می شود تا تختال و شمش های با کیفیت بمراتب بهتر جهت تولید ورق های گرم ، وایر و انواع محصولات دیگر تولید گردد.

انبارسازی، انتقال، شارژ، عملیات تولید ذوب در صورت استفاده از آهن اسفنجی
الف- سهولت انبارسازی، انتقال و شارژ آهن اسفنجی در کوره برقی و عدم نیاز به تجهیزات و ماشین آلات سنگین نظیر جرثقیل و لودر برای ماتریال هندلینگ
ب- امکان شارژ مداوم آهن اسفنجی گرم در کوره های برقی و به تبع آن کاهش مصرف انرژی و زمان ذوب،
تغذیه مستمر آهن اسفنجی به کوره های برقی فولاد سازی در مقایسه با شارژ صد در صد قراضه در همان شرایط امکان افزایش قدرت الکتریکی ورودی به کوره را بالاتر برده و نتیجتاً زمان ذوب کاهش یافته و راندمان تولید فولاد را افزایش می دهد. به دلیل ماهیت ناهمگون قراضه و تغییر پیوسته طول قوس بین الکترود و قراضه شارژ شده به کوره، نوسانات شدید و هارمونیکهای مزاحم و فیلکرهای زائد کارکرد کوره های برقی و پایداری شبکه انتقال قدرت را مختل می نماید.

شارژ مستمر آهن اسفنجی موجب می شود تا برق مصرفی حدود 15 کیلو وات در ساعت به ازاء هر تن مصرف آهن اسفنجی و با استفاده از ترانسفورماتورهای UHP کاسته شود.

ج- مصرف مستمر آهن اسفنجی باعث می شود تا کوره های برقی عملیات سرباره گیری به آسانی صورت گیرد.
د- عدم نوسان برق مصرفی در کوره های برقی
بهبود مصارف، زمان ها، میزان خطرات و میزان آلودگی های ایجاد شده با توجه به مصرف آهن اسفنجی
الف- تأمین بخشی از انرژی الکتریکی مورد نیاز در کوره های برقی به وسیله کربن موجود در آهن اسفنجی
یکی دیگر از مواردی که باعث کاهش انرژی مصرفی به ازای هر تن تولید می شود، کربن موجود در آهن اسفنجی است. با شارژ آهن اسفنجی و با کربن مناسب (معمولاً بیشتر از 5/1 درصد) انرژی مصرفی حدود 5 کیلو وات ساعت کاهش می یابد.

ب- کاهش میزان شکست الکترود و سایش دیواره آن در کوره های قوس الکتریکی ( EAF )
استفاده از آهن اسفنجی در مقایسه با قراضه به دلایل مشروحه ذیل موجب کاهش مصرف الکترود می شود:
سقوط قراضه منجر به افزایش شکستگی الکترود می شود که در زمان استفاده از آهن اسفنجی این اتفاق رخ نخواهد داد.
با استفاده از آهن اسفنجی به دلیل میزان بالای منوکسید کربن ( CO ) در کوره باعث کاهش اکسیداسیون الکترود می گردد.
ج- کاهش آسیب دیدگی نسوز کف و جداره کوره و همچنین پانلهای آبگرد دیواره و سقف در کوره های قوس الکتریکی و القائی
د- کاهش خطرات آلودگی های اطراف کوره های ذوب (ناشی از انفجار قراضه های مرطوب و آلوده به روغن و مخازن و محفظه های بسته و یا گالوانیزه که احتمال خطرات ناشی از بخارات روی، سرب، قلع و سایر فلزات وجود دارد)

هـ – مصرف پایین اکسیژن
با مصرف آهن اسفنجی و با توجه به ورود اکسیژن از اکسیدهای احیا نشده آهن به کوره، میزان اکسیژن تزریقی به کوره کاهش می یابد.
اکسید آهن احیا نشده در آهن اسفنجی به حدی کافی است که می تواند نیازهای سرباره به اکسیدهای آهن را تأمین نماید.
و- نظر به این که قراضه دانسیته ظاهری کمتری نسبت به آهن اسفنجی دارد لذا مصرف آهن اسفنجی باعث کاهش تعداد سبدهای آهن قراضه شارژ شده به کوره شده و باعث کاهش زمان ذوب و افزایش راندمان کوره های برقی خواهد شد.

به‌طور کلی در صورتی که بخواهیم از آهن اسفنجی به‌عنوان شارژ در کوره قوس استفاده کنیم، لازم است به چند فاکتور به شرح زیر توجه شود:

ـ قیمت آهن اسفنجی
ـ بهای حمل و انبار کردن آن
ـ سرمایه‌گذاری‌های لازم از جمله ایجاد نوار نقاله به منظور برقراری شارژ پیوسته
ـ فلاکس مورد نیاز
ـ بهره‌وری
ـ بهای جمع‌‌آوری و سرمایه‌گذاری جهت فرآوری سرباره
ـ بازدهی
ـ امکان برقراری سیستم تزریق کربن و اکسیژن
ـ سایر موارد
قابل ذکر است که استفاده از آهن اسفنجی در کوره خود یک روش است که نیاز به اطلاعات مربوطه دارد، لذا لازم است به بهره‌بردار آموزش کافی داده شود، بنابراین در شروع راه‌اندازی هر واحد فولادسازی به لحاظ وجود منحنی آموزش تا رسیدن به حداکثر توانایی بهره‌برداری، نیاز به صرف مدت زمان لازم جهت رسیدن به 100درصد توان تولید است.
توضیح تکمیلی:
ذوب در کوره های قوس الکتریکی ( EAF)
آهن اسفنجی به همراه آهن قراضه معمولاً با ترکیب 15% قراضه و 85% آهن اسفنجی به کوره قوس الکتریکی شارژ گردیده و در یک فاصله زمانی کمتر از یک ساعت تا دو ساعت بستگی به قدرت ترانس کوره مواد شارژ شده در دمای بالا ذوب گردیده وسپس کوره ذوب تخلیه و مذاب حاصله توسط پاتیل های مخصوص وارد کوره فولادسازی میگردد. در کوره فولاد سازی مذاب حاصله توسط گاز آرگون همگن گردیده و مواد مورد نیاز از جمله فروآلیاژها به مذاب اضافه میگردد تا به ترکیب موردنظر برسد سپس مذاب حاصله با ترکیب فولاد به ماشین ریخته گری مداوم شارژ گردیده و در اشکال مختلف قالب ریزی و سپس با سیستم پاشش آب سرد گردیده و در طول دلخواه برش داده میشود اشکال شمش تولیدی میتواند به صورت تختال، بیلت و بلوم و طول وعرض و ضخامت متفاوت باشد.
مواد اولیه کوره های قوس الکتریکی میتواند تا 100% آهن قراضه باشد.
ذوب کوره های القایی ( IF ):
فرآیند ذوب کورهای القایی با القای جریان برق صورت می گیرد و مواد اولیه این کوره های میتواند 100 درصد آهن قراضه و یا حداقل 15% آهن قراضه و 85% آهن اسفنجی باشد. این کورها معمولاً برای ذوب در تناژ پایین حداکثر 30-25 تن مناسبتر می باشند. مابقی فرآیند ذوب کوره های القایی میتواند همانند کوره های قوس الکتریکی باشد.
کوره های کنورتور :
این کوره های مخصوص ذوب چدن حاصل از کوره های بلنداست.
هر سه روش ذوب از روشهای روز دنیا می باشند.

گردآوری و ویرایش:مهندس محسن کاشیها