شارژ آهن اسفنجی به کوره قوس الکتریکی

نیاز به کارخانجات کوچک فولادسازی، ایجاد روش ­های جدید تولید فولاد، کاهش هزینه تولید و آلاینده های محیط زیستی و افزایش توان تولید واحدهای فولادسازی از جمله عواملی بودند که باعث ورود کوره­ های قوس الکتریکی (EAF) به صنعت فولادسازی شدند. تولید فولاد توسط کوره­ های قوس الکتریکی در طی 30 سال اخیر پیشرفت قابل ­توجهی داشته است. در طی این مدت با توجه به افزایش روز افزون تولید فولاد در دنیا، تأمین بار آهنی و مواد اولیه فولادسازی همواره دغدغه اصلی فولادسازان بوده است. به دلیل محدودیت وجود قراضه با کیفیت برای واحدهای فولادسازی و همچنین عدم یکنواختی خواص و ترکیب شیمیایی قراضه ­های مورد استفاده در این واحدها، معرفی جایگزینی مناسب برای قراضه امری حیاتی به شمار می­رفت. در این راستا، توسعه صنعت احیای مستقیم کمک شایانی به رفع این معضل داشته است. امروزه در بسیاری از واحد های فولادسازی ،سهم قابلی توجهی از مواد شارژ کوره­ های الکتریکی از آهن اسفنجی (DRI) تشکیل می ­شود (کشورهای هند، ایران، آمریکا، مکزیک و ... ).

آهن اسفنجي با تركيب شیمیایی تقريبا يكنواخت و به منظور كاهش غلظت عناصر ناخالصي در ذوب، به‌ عنوان جايگزين مناسبی برای قراضه شناخته شده است.

اما در صورتی که از DRI به عنوان شارژ اصلی کوره قوس استفاده شود، به دلیل خواص متفاوت آن نسبت به قراضه، اعمال تغییرات در نظام شارژ کوره و به تبع آن، تغییر در عملکرد و توان تولید کوره اجتناب ­ناپذیر خواهد بود. از جمله مهم ­ترین تغییرات ایجاد شده در نظام شارژ کوره می ­توان به جایگزینی تغذیه مداوم DRI با تغذیه منقطع قراضه و تغییر در میزان مواد ورودی به کوره (مانند کربن، آهک و اکسیژن) اشاره نمود. از طرف دیگر تغییرات ایجاد شده در عملکرد کوره در صورت شارژ DRI، عبارتست از افزایش انرژی مصرفی و زمان تخلیه (tap-to-tap time).

از جمله خواص DRI که بر عملکرد کوره قوس الکتریکی مؤثر است عبارتند از میزان کربن محتوی و درجه فلزی آهن اسفنجی. درجه فلزی یا متالیزاسیون، به صورت نسبت آهن فلزی به کل آهن موجود در DRI تعریف می­ شود. مقادیر کم درجه فلزی به معنی وجود مقادیر قابل ­توجه اکسید آهن (FeO) در آهن اسفنجی می ­باشد. با افت درجه فلزی DRI (افزایش میزانFeO )، حجم سرباره ­ساز های ورودی به کوره جهت تنظیم بازیسیته سرباره افزایش می ­یابد. بدین ترتیب حجم مفید کوره کاهش و میزان انرژی مصرفی افزایش یافته و مدت زمان تخلیه تا تخلیه طولانی ­تر خواهد شد. در شکل زیر اثرات هر درجه فلزی آهن اسفنجی بر پارامترهای عملکردی کوره فولادسازی مشاهده می ­شود. می ­توان مشاهده نمود که افت هر درجه فلزی آهن اسفنجی ورودی به کوره موجب افزایش kWh/ton 15 مصرف انرژی الکتریکی، kg/ton 0.3 مصرف دیرگداز و kg/ton 0.1 الکترود و همچنین کاهش 1 درصدی توان تولید و 0.5 درصدی راندمان تولید خواهد شد.

بیان این نکته ضروری است که DRI دارای مقاومت به اکسایش و سایش ضعیفی بوده و ذخیره ­سازی و انتقال آن به واحدهای فولادسازی منجر به افت قابل توجه درجه فلزی و تولید نرمه آهن اسفنجی و ایجاد خسارات ناشی از آنها خواهد شد. این مسائل باعث ایجاد نیاز به حفاظت از آهن اسفنجی می ­شود. از میان روش­ های حفاظت DRI، فرآیند بریکت ­سازی مؤثرترین و مطلوب ترین راهکار معرفی شده است که باعث جلوگیری از افت درجه فلزی و تولید نرمه آهن اسفنجی شده و بدین ترتیب مزایایقابل توجهی در بهبود عملکرد کوره، افزایش توان تولید واحد فولادسازی و کاهش هزینه ­های تولید خواهد داشت.

از طرف دیگر، در فرآیند شارژ پیوسته آهن اسفنجی به کوره قوس، باید به دانسیته مواد شارژ شده توجه ویژه ­ای شود. آهن اسفنجی شارژ شده به کوره باید از سرباره موجود بر روی حوضچه مذاب عبور کرده و به فصل مشترک سرباره- حوضچه رسیده و در آنجا ذوب شود. بنابراین دانسیته­ آهن اسفنجی باید از دانسیته سرباره بیشتر باشد، در غیر این صورت تجمع بار بر روی سرباره رخ داده و در فرآیند ذوب اختلالاتی ایجاد می ­گردد. دانسیته سرباره در حالتی که فومی نشده باشد، با توجه به ترکیب شیمیایی آن در محدوده 2.6 تا 3.3 گرم بر سانتیمتر مکعب متغیر است. این در حالی است که دانسیته ظاهری DRI در حدود 3.2 تا 3.4 گرم بر سانتیمتر مکعب می ­باشد. مشاهده می ­شود که دانسیته DRI و سرباره تفاوت چندانی با یکدیگر ندارند و این به معنی سرعت پایین عبور DRI از سرباره و طولانی ­تر شدن فرآیند ذوب است. اما راهکاری که می ­­تواند نرخ ذوب شدن مواد شارژ کوره را افزایش، مدت زمان شارژ مواد را کاهش داده و توان تولید را بهبود بخشد، استفاده از بریکت آهن اسفنجی به عنوان جایگزین DRI است. بریکت آهن اسفنجی بر اساس نوع و دمای فرآیند تولید و نوع ماده اولیه به سه گروه بریکت گرم آهن اسفنجی (HBI)، بریکت نرمه آهن اسفنجی (CBI) و بریکت سرد آهن و کربن (CBIC) تقسیم­ بندی­ می ­شود. دانسیته ظاهری بریکت در محدوده 3.8 تا 5 گرم بر سانتیمتر مکعب است، بنابراین در صورت استفاده از این ماده در کوره قوس، فرآیند عبور شارژ از سرباره و ذوب آن با سرعت بیشتری صورت گرفته که مزایایی مانند کاهش زمان تخلیه تا تخلیه و افزایش توان تولید را در پی خواهد داشت.

شما اینجا هستید: Home مستندات مقالات شارژ آهن اسفنجی به کوره قوس الکتریکی