بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت صنعت فولاد در رشد و پیشرفت اقتصادی کشور و جایگاه آهن اسفنجی بعنوان خوراک اصلی کوره های قوس الکتریکی، انجام کارهای علمی و تحقیقاتی به منظور بهبود شرایط تولید در کوره های احیای مستقیم ضروری بنظر می رسد. در این کار که منحصرا برروی گندله تولیدی از کانسار آهن چادرملو صورت گرفته است، پارامترهای تولید گندله از جمله تخلخل و همچنین پارامترهای اصلی کوره احیا از جمله دما و اتمسفرگاز ورودی مورد مطالعه قرار گرفته است و سپس تاثیر این پارامترها برروی کیفیت آهن اسفنجی تولیدی به روش احیای مستقیم - میدرکس - با انجام تست سبد مورد ارزیابی قرار گرفته است.
بررسی کیفیت آهن اسفنجی با اندازه گیری دو فاکتور درصد متالیزاسیون - - MD و میزان کربن - C - صورت گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزایش دمای گاز ورودی تا 850 درجه سانتی گراد روند افزایشی درصد متالیزاسیون تا حدود 93 درصد، بدون اینکه خوشه ایی شدن آهن اسفنجی را داشته باشیم ادامه دارد در حالیکه درصد کربن کاهش می یابد. با افزایش این نسبت H2/CO تا 1/55 ، متالیزاسیون تا 93/5 درصد افزایش می یابد ولی با افزایش بیشتر این نسبت متالیزاسیون کاهش می یابد. در هر حال با افزایش نسبت H2/CO روال کاهشی درصد کربن را داریم.
با افزایش تخلخل تا 20 درصد بدون اینکه اثر نامطلوبی در سایش و خردایش گندله داشته باشیم متالیزاسیون تا 93 درصد و کربن تا 1/5 درصد افزایش خواهد یافت. لذا نتایج این بررسی ها منجر به دستیابی به پارامترها و شرایط بهینه برای تولید آهن اسفنجی مطلوب از کانسار آهن چادرملو می شود.
-1 مقدمه
تولید آهن اسفنجی با کیفیت یکی از دغدغه های صنعت فولاد می باشد چراکه آهن اسفنجی خوراک اصلی کوره های فولاد سازی بخصوص کوره های قوس الکتریکی جهت تولید فولاد خام است. فرآیند احیا که عبارت از تبدیل گندله به آهن اسفنجی با استفاده از گازهای احیایی می باشد [1] سالهاست در ایران مورد توجه قرار گرفته است. وجود ذخایر غنی از سنگ آهن، همچنین منابع فراوان گاز طبیعی از مهمترین دلایل این امر می باشد.
روشهای مختلفی برای احیای سنگ آهن وجود دارد که روش میدرکس3 از مهمترین و پرکاربردترین آنهاست که در ایران نیز بسیار فراگیر می باشد. 2]و[3 احیای آهن به روش میدرکس متاثر از متغیر های زیادی است که بخشی از آنها به کیفیت گندله ورودی و برخی به پارامترهای فرآیند احیا مربوط می باشند. در این کار که منحصرا بر روی گندله تولیدی از کانسار آهن چادرملو انجام گرفته است چند مورد از مهمترین متغیرهای فرآیند احیا و گندله مورد بررسی قرار گرفته است.
پژوهش های زیادی در مورد متغیرهای فرآیند احیا و تاثیر آنها بر روی کیفیت آهن اسفنجی تولیدی صورت گرفته که هدف از این پژوهش ها رسیدن به پارامترهای بهینه برای تولید باکیفیت تر بوده است بعنوان مثال پژوهش های صورت گرفته بر روی کانسار آهن بوتیر آفریقای جنوبی نشان می دهد که سنگ آهن این کانسار بهترین شرایط احیایی را با دمای گاز ورودی 900 درجه سانتی گراد و اتمسفر احیایی غنی از H2 - نسبت H2/CO بالاتر از - 1/65 را داراست. در تحقیقات مشابهی که برروی کانسار آهن موکو توسط پژوهشگران دانشگاه استوکهلم صورت گرفته است نهایت دمای گاز ورودی 870 درجه سانتی گراد تعیین شده است درحالیکه این پژوهشگران نسبت H2/CO را در حدود 1/55 بهینه تشخیص داده اند هرچند که در مورد این کار اهمیت کربن بالای 2 درصد نیز نباید نادیده گرفته شود.
در هر صورت با توجه به تفاوت ژنز کانسارهای مختلف آهن و میزان اهمیت درصد متالیزاسیون و کربن برای تولید کننده، بررسی جداگانه تاثیر پارامترهای مذکور برای هر کانسار آهن ضروری به نظر می رسد. لذا در این کار بررسی دو مورد از اصلی ترین متغیرهای فرآیند احیا به روش میدرکس یعنی دما و اتمسفر احیایی - نسبت - H2/CO گاز ورودی به کوره احیا مورد ارزیابی قرارگرفته است همچنین تغییرات تخلخل گندله نیز که بعنوان یکی از پراهمیت ترین پارامترهای خوراک ورودی می باشد مورد بررسی قرارگرفته است.
-2 مواد و روش تحقیق
در این تحقیق از گندله تولیدی کارخانه گندله سازی اردکان که خوراک ورودی آن تماما کنسانتره تولیدی کارخانه فرآوری معدن سنگ آهن چادرملو می باشد بعنوان ماده اولیه ورودی به کوره احیا استفاده شده است سپس تاثیر متغیرهای فرآیند احیا - دما و نسبت H2/CO گاز ورودی - و کیفیت گندله ورودی - درصد تخلخل - بر روی کیفیت آهن اسفنجی تولیدی با انجام تست سبد4 سنجیده شده است.
در تست سبد از کوره احیای درحال کار بعنوان کوره آزمایش استفاده می شود بدین صورت که نمونه گندله مورد آزمایش در سبدی با قطر حدود 10 سانتی متر و ارتفاع حدود 20 سانتی متر ریخته می شود. سپس سبد مذکور بهمراه مواد اولیه به کوره در حال کار با شرایط مدنظر آزمایش شارژ می شود، پس از خروج سبد از کوره، سبد تخلیه شده و کیفیت آهن اسفنجی داخل سبد مورد آزمایش قرار می گیرد.
شاخصه اصلی کیفیت آهن اسفنجی درصد فلزشدگی5 می باشد که حاصل تقسیم درصد آهن فلزی بر آهن کل موجود در نمونه آهن اسفنجی است. [3] که در این کار به روش شیمی تر6 اندازه گیری شده است. برای اندازه گیری آهن کل نمونه آهن اسفنجی مورد آزمایش را ابتدا با آسیاب فکی و سپس با بالمیل خرد نموده و حدود 0/25 گرم از نمونه عبوری از الک 100 مش را در اسید کلریدریک روی حرارت حل کرده و سپس چند قطره کلرید قلع می افزاییم پس از سرد شدن محلول 10 میلی لیتر کلرید جیوه 10 درصد و چند قطره معرف دی فنیل آمین به محلول اضافه کرده و پس از حدود 20 دقیقه محلول را با دیکرومات پتاسیم تا ایجاد رنگ بنفش تیتر می کنیم، درصد آهن کل از تقسیم حجم دیکرومات مصرفی - با در نظر گرفتن فاکتور تصحیح - بر وزن دقیق نمونه مورد آزمایش - با دقت ده هزارم - ضربدر 100 بدست می آید
. برای اندازه گیری درصد آهن فلزی حدود 0/1 گرم از نمونه عبوری از الک 100 مش را در 100 میلیلیتر کلرور فریک 7 درصد و 50 میلی لیتر کلرید آمونیم 10 درصد حل کرده و سپس 40 میلی لیتر محلول اسید MIX - اسید فسفریک و اسید سولفوریک به نسبت مساوی - و چند قطره معرف دی فنیل آمین را به محلول افزوده و پس از بیست دقیقه با دیکرومات پتاسیم تا ایجاد رنگ بنفش تیتر می کنیم، درصد آهن فلزی از تقسیم حجم دیکرومات مصرفی - با در نظر گرفتن فاکتور تصحیح - بر وزن دقیق نمونه مورد آزمایش - با دقت ده هزارم - ضربدر 100 بدست می آید. معیار ثانویه بیان کیفیت آهن اسفنجی، میزان کربن موجود درآن است
که برای بدست آوردن درصد کربن، پودر حاصل از خردایش نمونه که از الک 100 مش عبور کرده است را با دستگاه کربن گوگرد مورد آزمایش قرار داده و درصد کربن نمونه مشخص می شود.
