فولادسازي

[ghasem motamedi]

فولادسازي
فولاد با تصفيه فولاد مذاب، سرد کردن و شکل دادن در قالب‌ها حاصل مي‌شود. دو روش اساسي براي به دست آوردن فولاد مذاب وجود دارد:
1-فرآيندي براساس ذغال‌سنگ شامل: کک متالوژي، کوره بلند و کوره اکسيژن.
2-فرآيندي براساس ذوب‌ قراضه و آهن اسفنجي به وسيله جريان قوس الکتريکي در کوره‌هايي به همين نام.
کارخانه‌اي که از نيروي برق به عنوان انرژي در قوس الکتريکي استفاده مي‌کند ميني‌ميل مي‌گويند. اغلب کارخانه‌هاي توليدکننده ‏ DRIاغلب ميني‌ميل ناميده مي‌شود. در 20 سال گذشته در بيشتر نقاط دنيا گرايش به فرآيند توليد ‏ DRI‏ افزايش يافته و سهم آن در توليد فولاد دنيا بيشتر و بيشتر مي‌شود. دليل اين گرايش و توسعه هزينه پايين‌تر آن نسبت به روش کوره بلند و آسيب نرساندن به محيط زيست مي‌باشد. در روش کوره بلند به دليل استفاده از کمک به جاي سوخت آلودگي محيط‌زيست بيشتر است. در کشورهايي که هزينه آهن قراضه زياد و در عوض هزينه استفاده از گاز طبيعي ناچيز مي باشد، توليد ‏DRI‏‏ به عنوان اصلي‌ترين منبع آهن براي روش ميني‌ميل انجام مي‌پذيرد. اين شامل تمامي طبقه‌بندي‌هاي فولادي در ميني‌ميل‌ها مي‌باشد.
در بيشتر کشورهاي صنعتي دنيا براي اينکه محصول خالص‌تري به دست آورند در کوره قوس فقط از ‏ DRI‏ استفاده مي‌کنند. زيرا ‏DRI‏ ناخالصي‌هايي که در قراضه‌هاي آهن موجود است در بر ندارد. اين از اهميت ويژه‌اي برخوردار است زيرا که ناخالصي‌هاي موجود در آهن ‏‎(Mo, Ni, Cr, Sn, Zn, Cu)‎‏ اثرات مضري در خواص شيميايي و فيزيکي فولاد مي‌گذارد.
از آنجايي‌که ميني‌ميل سهم بازار را هر روز بيشتر از آن خود مي‌کند، تقاضا در سطح جهان براي آهن اسفنجي هر لحظه افزايش مي‌يابد.

ميدركس، بزرگترين سازنده واحد احياي مستقيم آهن
شركت ميدركس (Inc midrex technologies) شركتي است نوآور كه حدود 3 دهه در زمينه احياي مستقيم آهن (DRI) فعاليت كرده است. اين شركت بين المللي سازنده تكنولوژي است كه به وسيله آن سنگ آهن، تبديل به آهن احيا شده با درجه خلوص بالا مي شود. آهن احيا شده در صنايع ذوب آهن و توليد فولاد داراي استفاده بسيار است.
اولين كارخانه از سلسله كارخانجات ميدركس، فعاليت توليدي و اقتصادي خود را به سال 1969 آغاز كرد و به تدريج تعداد اين كارخانه ها به 53 واحد در 19 كشور دنيا افزايش يافت كه آخرين آن ها واقع در مصر است. به طوري كه در گرماي سوزان صحراي شني عربستان يا در نقاط سرد شمال كانادا و روسيه، كارخانه هاي اين شركت بزرگ در حال توليد محصولات خود هستند.
كارخانه هاي اين شركت از سال 1987 تاكنون حدود 60 درصد كل آهن احيا شده مورد نياز جهان را تامين مي كنند و رويكرد مديران آن ها عموماً كاهش قيمت و افزايش كيفيت محصولات است كه از طريق هر چه مدرن تر كردن تكنولوژي توليد به دست مي آيد. بدين ترتيب است كه توليد آهن احيا شده توسط ميدركس از حدود يك ميليون تن در سال 1970 به چهل ميليون تن رسيده است.
علاوه بر همه اين ها ميدركس در برخي پروژه هاي زيست محيطي (بازيافت)، توليد انرژي و فعاليت هاي توليدي غيرفلزي نيز فعاليت دارد و همه محصولات آن داراي گواهينامه بين المللي 9001 ISO هستند.
ميدركس بزرگترين كارخانه توليد (DRI) جهان را در شهر ترينيداد و توباگو براي شركت بين المللي ايسپات ساخته و به مرحله بهره برداري رسانيده است. ميدركس در ايران فعاليت داشته و در حال حاضر واحدهاي احياي مستقيم چندان چندين فولاد ساز بزرگ ايراني از جمله فولاد خوزستان و فولاد مباركه اصفهان از اين دسته است.
واحد احياي مستقيم ميدركس با يكسري تغييرات و افزايش ظرفيت توليد آن با نام زمزم هم اكنون در ايران در چندين كارخانه فولاد سازي در حال نصب و يا استفاده است.
ميدرکس روشي در تهيه توليد ‏DRI‏ است که در اختيار شرکت شارلوت مي‌باشد. يک تکنولوژي کاملا خصوصي، روش ميدرکس در دنيا براي توليد ‏ DRI‏‏ يک روش چيره و همه‌گير است. حدود 85 درصد توليد ‏ DRI‏ ‏ در دنيا با روش ميدرکس توليد مي‌شود.‏ به صورت فعلي حدود 49 واحد ميداکس در 16 کشور دنيا مشغول به کار هستند که تمامي اينها از گازشکن‌ها براي تبديل گاز طبيعي به ‏CO‏ و ‏H2‎‏ استفاده مي‌کنند و تنها دو واحد در آفريقاي جنوبي و کره‌جنوبي مشغول به کار هستند که واحد تبديل به گاز دارند و گازهاي مورد نياز و احياکننده خود را توليد مي‌کنند.‏ اين دو واحد در واقع از فرآيند کورکس/ ميدرکس استفاده مي‌کنند و با استفاده از فرآيند کودکي گاز احياي مورد نياز خود را به دست مي‌آورند. عملکرد فرآيند ميدرکس، احياي سنگ‌آهن خام در درون يک راکتور بلند و عمومي است که کوره ميله‌اي ميدرکس نام دارد. اين کار به اين صورت انجام مي‌گيرد که اکسيدهاي آماده آهن که به صورت گلوله‌هاي تيله شکل مي‌باشند به خاطر وزن خود به سوي پايين کوره غلتانده مي‌شوند، درست خلاف مسير گازهاي داغ احياکننده که از پايين کوره به بالا مي‌آيند. گازهاي داغ با اکسيد آهن ترکيب شده و اکسيژن آن را مي‌گيرند به اين‌صورت اکسيد آهن احيا مي‌گردد.‏

اتصال تبديل‌کننده گاز و يک واحد ميدرکس
همان‌طور که در شروع مقاله بيان شد، اغلب ‏ DRI‏ ‏‌هاي توليد شده با استفاده از گاز طبيعي به عنوان منبع سوخت ايجاد مي‌شوند. از آنجايي که گاز طبيعي با هزينه کم بسيار محدود است، متاسفانه اين روش براي همه توليد‌کننده‌هاي ‏ DRIقابل استفاده نمي‌باشد.
مناطقي مانند آسياي غربي و اروپاي غربي که توليدکننده‌هاي فولادي در آنجا مشغول به کار هستند از آن جمله محسوب مي‌گردند. بدين لحاظ دارندگان دانش فني توليد ‏ DRIدر جست‌وجوي روشي اقتصادي با استفاده از ذغال به عنوان اين منبع هستند.
به خاطر نياز به استفاده از ذغال و محصولات فرعي نفت تصفيه شده به عنوان منبع انرژي روش ميدرکس به دنبال اتصال يک تبديل‌کننده گاز با واحد ميدرکس مي‌باشد و اين طرح با شروع بحران انرژي در سال 1973 قوت گرفت. ايده کلي ترکيب يا اتصال دو فرآيند از دو سيستم کليدي به‌صورت زير تشکيل شده است:
1- کارخانه تبديل‌گننده گاز
2- کارخانه ميدرکس
3-در درون کارگاه تبديل‌کننده گاز بخش‌هاي زير موجود هستند:‏
واحد تبديل‌کننده گاز، واحد بازسازي و پاکسازي گاز، واحد بهينه‌سازي، کارگاه جداکننده هوا، در درون
کارگاه ميدرکس بخش‌هاي زير موجود هستند.
-کوره قائم ميله‌اي ميدرکس
-سيستم جمع‌کننده گازهاي ‏Co2‎‏ برگشتي
- سيستم گرم‌کننده گازهاي احيا کننده
- ديدگاه اقتصادي
ترکيب ساختمان مستقل دو کارگاه گازسازي و ميدرکس به علت هزينه سرمايه زياد روشي اقتصادي در توليد آهن اسفنجي شمرده نمي‌شود. علت اين عدم گرايش هزينه زيادي است که ساخت اين دو کارگاه در کنار يکديگر و براي يک واحد مستقل ايجاد مي‌کند. اين هزينه بالا امتياز استفاده از ذغال را در اين فرآيند به عنوان منبع اوليه سوخت که يک مزيت شمرده مي‌شود را ناديده مي‌گيرد. براي توليد گازهاي ترکيبي در واحد از فرآيند گازسازي با ذغال استفاده شده است. متأسفانه ميانگين هزينه 7/130 دلار براي واحدهاي توليدکننده آهن اسفنجي با استفاده از گاز طبيعي، فولادسازي براساس احياي سنگ‌آهن با کک و استفاده از قراضه‌هاي با کيفيت در کوره‌هاي قوس در کشوري مانند آمريکا رقم بالايي است.
سرمايه‌گذاران در جست‌وجوي رقمي حدود 120 دلار يا کمتر هستند. لذا به‌دنبال اين ديدگاه نظرشان به ترکيب کارگاه گازسازي به همراه واحد ميدرکس جلب شده است ولي استفاده از اين روش نيز نبايد هزينه واحد را از 120 دلار بالاتر ببرد.
از سوي ديگر در بسياري از نقاط دنيا ترکيب دو کارگاه مستقل گازسازي و ميدرکس از لحاظ هزينه‌اي توانايي رقابت دارد. اين ادعا به خاطر چندين دليل قابل اثبات است:‏
1-هزينه نسبتاً پايين ذغال‌ و سنگ‌آهن.
2-استفاده از محصولات فرعي و ارزان نفت.
3- پايين بودن هزينه کارگران ساختمان.
4- افزايش تقاضاي محصولات فولادي به علت کمبود.‏
5- فشار مسئولان محيط‌زيست به خاطر عدم استفاده از کک در فرآيند فولادسازي
بسياري از امتيازات آهن اسفنجي در خصوص ترکيب دو کارگاه مستقل گازسازي و ميدرکس در کشورهايي مانند چين، هندوستان، کره‌جنوبي، برزيل، آفريقاي جنوبي و اروپاي غربي يافت مي‌شود. در اين کشورها نيروي برق ارزان براي استفاده در کارگاه‌هاي فولادسازي از موارد بحراني محسوب مي‌گردد. اگر سوخت ارزان در دسترس باشد، آنگاه واحد تبديل‌کننده گاز قادر به توليد گازهاي ترکيبي موردنياز نيروگاه براي توليد الکتريسته ارزان خواهد بود.‏ براي ساخت موفقيت‌آميز يک واحد ترکيبي تبديل‌کننده گاز/ ميدرکس بايد به موارد کليدي زير توجه داشته باشيم:
وجود يک تبديل کننده گاز مستقل بر پايه استفاده از نيروگاه يا کارگاه شيميايي براي استفاده بيشتر از گازهاي ترکيبي بسيار مورد نياز مي‌باشد. براساس شرايط محيطي اگر گازهاي ترکيبي با کيفيت قابل قبول در دسترس باشد، احداث کارگاه توليد ‏ DRI‏‏ زماني بهينه خواهد شد که هزينه توليد گاز بيشتر از 3 دلار بر ‏MMBtu‏ نگردد. بايد تا آنجايي که امکان دارد هزينه سرمايه کارگاه توليد گازهاي ترکيبي را کم کنيم اگر امکان داشته باشد از سيستم گوگردزدايي، سيستم غبارروب، سيستم پاک‌کننده هيدروکربن و بسط‌دهنده گاز استفاده نشود. همچنين تا آنجا که مي‌توانيم عمليات مشترک دو سيستم ميدرکس و توليد گاز را افزايش دهيم.‏و تا آنجا که امکان دارد از محصولات فرعي پالايشگاه‌هاي نفت با قيمت ارزان استفاده شود. مي توان يک مجتمع توليد فولاد به همراه نيروگاه ساخت.

مجتمع توليد فولاد با حجم کوچک
ترکيب دو واحد توليد گاز و ميدرکس نهايتاً منجر به توليد آهن اسفنجي مورد نياز براي واحد فولادسازي مي‌شود. مجتمع توليد فولاد در حجم کوچک شامل: کارگاه توليد گاز، کارگاه ميدرکس، سيستم جمع‌کننده گازهاي چرخشي متصل با نيروگاه و کارگاه فولادسازي مي‌شود. نيروگاه بايد برق موردنياز جداسازي گازها، کارگاه ميدرکس و فولادسازي را فراهم نمايد.‏ نيروگاه برق بايد از امتياز سوخت ارزان براي توليد انرژي با قيمت رقابتي برخوردار باشد. در کشورهاي واقع در اروپاي غربي هندوستان، برزيل و آسياي شرقي توليد يا خريد نيروي برق با قيمت رقابتي بسيار با اهميت است. اگر آهن اسفنجي توليد شده با گرماي 700 درجه سانتي‌گراد (‏F‏1300) فارنهايت، مستقيما از کارگاه ميدرکس به گرم نگهدارنده‌هاي موجود در کارگاه ميدرکس منتقل گردد، براي توليد يک تن محصول مياني از کارگاه فولادسازي 650 کيلووات بر ساعت انرژي مورد نياز خواهد بود. اين انرژي تنها نياز کارگاه فولادسازي را برطرف مي‌کند و ارتباطي با انرژي موردنياز درکارگاه‌هاي توليد گاز و ميدرکس ندارد.‏ مقياس جديد جهاني در ايجاد مجتمع کوچک فولادسازي، ظرفيت 4/2 ميليون تن محصولات مياني فولادي است. اينچنين مجتمع 7/2 ميليون تن در سال آهن اسفنجي نياز دارد. کل انرژي مورد نياز اين واحد 360 مگاوات تخمين‌زده مي‌شود.

[ghasem motamedi]

مقدمه :
در سال 1978 كوره هاي قوس الكتريكي طراحي شد در اين كوره ها مي توان به هر ميزان بار جامدفلزي را ذوب كرد اين موضوع فكر استفاده از روش احيا مستقيم را قوت بخشيد. تكنولوژي توليد آهن به روش احيا مستقيم به سه روش رايج انجام مي‌شود : الف) روش H.Y.L اين روش برگرفته از نام اولين كمپاني سازنده مكزيكي بنام HYSA است و اولين واحد صنعتي آن در مكزيك با ظرفيت 75 هزار تن ساخته شد كه از آن استقبال خوبي بعمل نيامد اساس كار در اين روش استفاده از گاز احيا كننده حاصل از تغيير فرم گاز طبيعي به بخار آب و استفاده از آن در راكتور ساكن يا متحرك مي باشد ب) روش پروفر: اين روش توسط يك كمپاني آلماني ابداع گرديد كه مورد استقبال قرار نگرفت و تنها كمتر از 10% آهن اسفنجي به روش احيا مستقيم به اين شيوه توليد ميگردد . ج) روش ميدركس :ابداع اين روش توسط يك كمپاني آمريكايي بوده در اين روش سنگ معدن را در واحدهايي به نام گندله سازي كه در جوار واحد احياء احداث گرديده آسيا شده و پس ازتبديل به گندله به قطر 10الي 15 ميلمتر و پخته شدن وارد كوره احياء ميگردد و در دماي زير نقطه ذوب فولاد بين 950-750 در جه سانتيگراد توسط گاز احيا كننده CO) و H2 ) اكسيژن آن حذف شده و محصول توليدي به صورت جامد كه آهن اسفنجي يا DRI نام دارد توليد مي گردد
گاز احياي در فرآيند احيا ء مستقيم با تبديل گاز متان در قسمت ريفرمر در جوار كاتاليزورهايي كه در آن قسمت وجود دارد توليد ميشود عيب اين روش در اينست كه رآكتور احيا و ريفرمر در ارتباط با يكديگر هستند و اگر گوگرد در راكتور احيا توليد شده باشد به ريفرمر رفته و باعث مسموم و خراب شدن كاتاليزور خواهد شد مزاياي روش ميدركس عبارتند : 1- استفاده از گاز احياي دركوره اي تنوره اي با بستر متحرك 2- استفاده از گاز خروجي راكتور احيا براي تغيير فرم گاز طبيعي و توليد گاز احياي 3- انجام فرآيند در فشار پايين 4- امكان بار دهي سرد 5- مصرف انرژي پايين

توسعه فرآيندها احياء مستقيم:

با روند رو به افزايش توليد فولاد در كوره هاي قوس الكتريكي (EAF) و جهت گيري توليد محصولات كيفي و افزايش قيمت قراضه و كمياب شدن آن تقاضا براي استفاده از آهن اسفنجي در شارژ فلزي كوره هاي فولادسازي بيشتر شده است براي توليد آهن اسفنجي در جهان روشهاي متعددي ابداع گرديده است كه در بين روشهاي احياء مستقيم فرآيندهاي ميدركس ، HYL ، پورفر ، آركس و قائم را مي توان نام برد كه از بين روشهاي فوق ميدركس با مزيت هاي برتري كه مطرح گرديد .نسبت به ساير روشها بيشتر توسعه يافته است بر اساس اطلاعات و آمار حدود 65 درصد از اهن اسفنجي توليدي در دنيا به روش ميدركس توليد شود در اين تكنولوژي ثابت شده كه قابليت كار در يك محدوده وسيعي مواد خام سنگ آهن همراه با نتايج عملي خوب و بازده بالا احياء مي گردد طي سالهاي اخير با اصلاحات انجام شده برخي از فرآيندهاي احياء مستقيم جديد وارد بازار شده اند كه از جمله مي توان فرآيندهاي Circored ,Finemet , Iron carbide كه بر اساس استفاده از پودر سنگ آهن به عنوان ماده خام و در كوره استوانه اي انجام مي شودرا مي توان نام برد ، در فرآيند داناركس (Danarex) اصلاحات عهده اي در كيفيت و قيمت محصولات آهن اسفنجي و بريكت ايجاد نموده اند ولي هنوز به اثبات نرسيده است .
در جدول شماره1 پارامترهاي احياء مستقيم در فرآيند ميدركس و HYL با روشهاي جديد مورد مقايسه قرار گرفته است .
محصولات احياء مستقيم

آهن اسفنجي ، كلوخه ،بريكت و پودر محصولات اصلي فرآيند احياء مستقيم است اين محصولات به صورت جامد متخلخل و با درصد آهن فلزي بالا مي باشند كه يك سطح ويژه كربن عمدتاً به صورت كاربيد
(C Fe3‍) در طول فرآيند تشكيل مي شود محصولات احياء مستقيم بستگي به شكل اكسيد آهن شارژ شده و نوع فرآيند احياء مستقيم دارد و ويژگي مشترك فرآيندهاي احياء مستقيم حذف اكسيژن سنگ آهن در دماي زير نقطه ذوب آهن مي باشد .
از پارامترهاي اساسي محصولات احياء مستقيم درجه فلز شدگي (درجه متاليزاسيون ) و ميزان درصد كربن
مي باشد ودرجه فلزي عبارتست از نسبت آهن فلزي به كل آهن موجود در محصول است و هرچه درجه فلزي آهن اسفنجي بالاتر باشد مصرف انرژي در كوره فولادسازي كمتر و ظرفيت توليد بيشتر
مي باشد همچنين درصد كربن در آهن اسفنجي نقش مهمي براي فرايند ذوب در كوره ها ي قوس الكتريك بر


عهده دارد و بسته به نوع عمليات فولادسازي درصد كربن را مي توان در مقادير مختلفي تنظيم كرد براي مثال در توليد فولادهاي كم كربن درصد كربن مورد نياز در آهن اسفنجي كم است .
درصد گانگ همراه آهن اسفنجي شامل مواد معدني غيرآهني موجود در سنگ آهن مانند Mgo,cao,Al203,Sio2 مي باشد كه هر چقدر ميزان گانگ همراه آهن اسفنجي بيشتر باشد مصرف انرژي افزايش و ظرفيت توليد كاهش مي يابد با توجه به اينكه آهن فلزي درآهن اسفنجي تمايل به بازگشت به حالت پابدار اكسيد شدن مي باشد زمانيكه در تماس با يك عامل اكسيد كننده مانند هوا با آب قرار مي گيرد واكنش داده و اكسيد ميشود تخلخل بالا و دانسيته كم و سطح تماس بالا علت اصلي مستعد بودن آهن اسفنجي به اكسد شدن سريع و خودسوزي مي باشد معمولاً حمل و نقل و ذخيره آهن اسفنجي تحت اتمسفر گاز خنثي و شرايط ويژه انجام مي شود .

فرآيندهاي فولادسازي

توليد فولاد خام به دو روش اصلي انجام مي شود يكي روش سنتي يا توليد در كنورتورهاي اكسيژني و ديگر روش كوره هاي قوس الكتريكي كه در روشهاي فوق مواد اوليه مصرفي متفاوت بوده و متناسب با مواد اوليه موجود در هر كشور و مزاياي هر روش در كشورهاي مختلف از روشهاي فولادسازي مناسب استفاده مي گردد معمولاً مواد اوليه مصرفي در روش كنورتور چدن مذاب همراه با مواد جامد فلزي است كه اين مواد جامد مي تواند قراضه
فولادي ، چدن جامد يا آهن اسفنجي باشد كه بر اساس ميزان انرژي گرمايي كه در فرآيند تبديل چدن مذاب به فولاد آزاد مي شود درصد شارژ فلزي جامد تعيين مي گردد .
ولي در روش كوره هاي قوس الكتريكي با توجه به اينكه از انرژي الكتريكي براي ايجاد گرما استفاده مي شود شارژ جامد تا 100 درصد امكان پذير است كه آن شامل قراضه هاي فولادي و محصولات احياء مستقيم است . در شركتهايي كه امكان تامين قراضه با كيفيت مناسب و ارزان قيمت فراهم باشد از قراضه در شارژ كوره استفاده مي شود و در واحدهاي فولادسازي كه تامين آهن اسفنجي از لحاظ اقتصادي بصرفه باشد از آن استفاده مي نمائيد .
مزيت اصلي آهن اسفنجي شارژ مداوم آن به كوره قوس مي باشد و عمليات شارژ نه تنها باعث حضور درصد نيتروژن كمتري در فولاد مي شود بلكه انعطاف پذيري كارخانه فولاد را براي يك سطح بالاتري از اتوماسيون فرآيند ذوب فراهم مي كند . در نمودار شكل 1 كاربرد انواع روشهاي فولادسازي در جهان و در ايران نشان داده شده است بر اساس اطلاعات اين نمودار بطور ميانگين در جهان حدود 66 درصد فولاد توليدي به روش كنورتورهاي اكسيژن 31 درصد به روش كوره قوس الكتريكي و حدود 3 درصد به ساير روشها مي باشد در


صورتيكه در ايران اطلاعات آن بر عكس آمار جهاني بوده و 23 درصد توليد فولاد در ايران به روش كنورتور و 77 درصد به روش كوره قوس الكتريكي مي باشد







ايران سومين توليد كننده آهن اسفنجي در جهان

وجود منابع غني گاز طبيعي ،معادن نسبتا مناسب سنگ آهن و منابع محدود زغال سنگ در ايران دلايل اصلي در استقبال از فرآيندهاي احياءمستقيم در ايران ميباشد از بين روشهاي احياء مستقيم فرآيندهاي ميدركس ، HYL1,HYL3 ، پورفر و قائم در صنايع فولاد كشور استفاده شده ، 5/11 درصد آهن اسفنجي دنيا در ايران توليد مي شود فولاد مباركه بزرگترين شركت و ايران سومين كشور توليدكننده آهن اسفنجي جهان است بر اساس اطلاعات جدول شماره دو طي 5 سال گذشته اهن اسفنجي جهان به ميزان 17 ميليون تن افزايش يافته است كه از اين مقدار حدود 11 ميليون تن از آن مربوط به هند مي باشد كه طي پنج سال گذشته توليد آهن اسفنجي در آن كشور حدود 3 برابر افزايش يافته است .


نتيجه گيري

با روند رو به افزايش توليد و مصرف فولاد در جهان و نياز بيشتر به قراضه و افزايش قيمت آن و از طرفي گرايش به توليد فولادهاي كيفي و محدوديت هاي موجود در شارژ چدن خام در كوره هاي فولادسازي تقاضا براي محصولات احياء مستقيم با توجه به ويژگي هاي برجسته آهن اسفنجي و بريكت رو به افزايش مي باشد اين محصولات در واحدهاي احياء مستقيم با ظرفيت بالا توليد و با استفاده از گاز طبيعي و با احياء گندله ، سنگ آهن و كلوخه توليد مي شود شاخص هاي آهن اسفنجي براي مصرف در فولادسازي درجه فلزي بالا ، ميزان كربن و حداقل درصد گانك آن مي باشد .
مشكل موجود در آهن اسفنجي اكسيداسيون و خودسوزي آن در تماس با هوا و آب مي باشد كه شرايط حمل و نقل آن را مشكل مي كند .
حدود 77 درصد فولاد توليدي در ايران به روش كوره قوس الكتريكي مي باشد و بر اين اساس با وجود منابع عظيم گازي در ايران و معادن سنگ آهن فرآيندهاي احياء مستقيم در كشور توسعه يافته و آهن اسفنجي به عنوان يك ماده اوليه اصلي در كوره هاي فولادسازي و حتي در كنورتورهاي اكسيژن به عنوان جايگزين قراضه مصرف مي گردد لذا با عنايت به مزاياي موجود در توسعه فرآيندهاي احياء مستقيم در ايران و اخذ پتنت در تكنولوژي احياء مستقيم توسط شركت هاي طراحي مهندسي توسعه واحدهاي گندله سازي و احياء مستقيم سهم عمده اي در توسعه فولاد خام كشور خواهد داشت .

[ghasem motamedi]

مقدمه :

شركت الچوسك اكرين در سال 1896 بناء گرديده و در كوره هاي روباز (زيمنس مار تين ) در يك بازده زماني چهار الي شمش ساعت فولاد توليد مي نمود ميزان توليدات آن كم و براي ريخته گري شمش و نورد ارسال مي گرديد اين شركت فرصت كمي براي ورود به بازار داشت و شرايط كاري آن سخت و غير قابل تحمل و همچنين حجم زيادي دودي از آن خارج مي شد . همه اينها دلايلي بود تا تصميم به انجام توسعه بزرگي و مدرنيزاسيون كارخانه گرفته شود


چشم اندازي از تغييرات :
قبل از دسامبر 2003 شركت آلچوسك يك گروه پروژه هاي را براي نصب و استفاده از تكنولوژي هاي نوين به منظور توليد 7/3 ميليون تن فولاد و نهايتاً دستيابي به توليد 7 ميليون تن در سال را در دستور كار قرار داد و با اين هدف با همكاري زينمس VAI اقدام به نصب يك كوره پاتيلي دو قلو جديد 300 تني (راه اندازي اگوست 2005) يك واحد VOD 300 تني (راه اندازي مي 2007 ) دو ايستگاه ريخته گري تختال دو شاخه اي (راه اندازي اگوست 2006 و مي 2007) گرديد اين طرحها براي انجام فرآيندهاي متالوژي ثانويه و ريخته گري مداوم توليدات كارگاه ذوب اجرا گرديد .

مشخصات كنورتور :
نوع كنورتور: دو واحد كنورتور LD با ظرفيت هر كدام در هر ذوب 300 تن
لانس دمش اكسيژن : با دمش 1200 نرمال متر مكعب گاز اكسيژن در دقيقه
سيستم جنبي : سيستم استوپر پنوماتيك سرباره و همزمان كف دم مذاب و سيستم نمونه گيري سابلانس .
سيستم تصفيه گاز و سرد كن گاز خروجي كنورتور :
دبي اوليه گاز خروجي از كنورتور :بيش از 000/290 نرمال متر مكعب بر دقيقه .
سيستم تصفيه گاز : جدا كننده الكترو استاتيك به روش خشك .
ميزان گرد و غبار همراه با دود خروجي : 35mg/nm3

سيستم هاي ثانويه جمع آوري گرد و غبار
مكانهاي جمع آوري گرد و غبار :محل تخليه و شارژ كنورتور، محل شارژ چدن مذاب . محوطه گوگردزدايي و سيستم هاي فرو آلياژ و كمك ذوب .
دبي گاز جمع آوري شده : بيش از 3 ميليون متر مكعب در ساعت .
ميزان گرد و غبار همراه گاز خروجي : كمتر از 20mg/nm3 .

اتوماسيون :
سطح اتوماسيون 1 : شامل PLC MCC و نرم افزارهاي كنترل فرآيند و مونيتورينك در مكانهاي زير :
- محوطه چدن مذاب
-كنوتورها
-. سيستم افزودن فروآلياژ ها
-. سيستم هاي اوليه و ثانويه تصفيه گاز
.- خرد كن
بهينه سازي فرايند اتوماسيون با سطح 2 : شامل برنامه هاي سخت افزار و نرم افزار براي كنترل ديناميك
مدل هاي فرآيند زير :
- تخليه چدن مذاب
- گوگرد زدايي از چدن مذاب
- كنورتورها
- سيستم سابلانس


در 11 مي 2005 يك پيمانكار با تائيد VAIبراي بازسازي و تكميل كارگاه ذوب شركت الچوسك با هدف تكميل مهندسي طرح ، مديريت عالي پروژه و عرضه تجهيزات فرآيند انتخاب گرديد و دامنه كار آن شامل سيستم حمل و نقل چدن مذاب ، سكوي گوگرد زدايي ، دو دستگاه كنورتور 300 تني LD ، تجهيزات عمليات پاتيلي ، فرآيندهاي اوليه و ثانويه تصفيه گاز ، تعمير تجهيزات كنورتور ، سيستم بونكرهاي فروآلياژ (56 بونكر) و همچنين اجراي سطح 1 و سطح 2 اتوماسيون تجهيزات فوق بود . فولاد توليدي در واحد فولادسازي شامل انواع فولادهاي كربني با مقدار كم ، متوسط و پركربن ، فولادهاي HSLA ، فولادهاي ميكرو آلياژي و فولادهاي لوله (X70 ) ميباشد .

راه اندازي
اجراي اين پروژه با هماهنگي كامل و طي يك برنامه قطعي انجام و كارگاه جديد ذوب با يك كارگاه ريخته گري مداوم كه در مجاور آن قرار داشت مرتبط گرديد . رمز رقابتي در اين پروژه افزايش بهره وري بود كه فعاليت هاي اجراي آن شامل نصب 000/10 تن تجهيزات ، 17000 تن مصالح ساختماني در يك شرايط نامساعد آب و هوا زماني كه درجه حرارت گاهي مواقع 30 درجه زير صفر قرار بود اجراء گرديد .
در ژانويه 2008 با راه اندازي اولين كنورتور 300 تن فولاد مذاب براي اولين بار از كنورتور تخليه شد و با گذشت زمان ميزان توليد به طور ملايم افزايش يافت و هر ذوب 300 تني از زمان شروع تا تخليه به مدت 40 دقيقه توليد گرديد .
همكاري بسيار عالي بين پيمانكاران ، تيم پروژه از زيمبس VAI و از طرفي مهارت خوب پرسنل شركت آچوسك در بهره برداري از تجهيزات رمز موفقيت در اين پروژه بود . همچنين مطابق برنامه تعيين شده كنورتور دوم هم در تابستان 2008 راه اندازي گرديد. ضمناً گاز خروجي از كنورتور به عنوان مصرف سوخت يا ذخيره در گاز هلدر براي ساير مصارف استفاده مي شود .

ملاحظه و نتيجه گيري :
با سرمايه گذاري انجام شده شركت الچوسك در زمره توليد كنندگان فولاد با ارزش افزوده بالا در اروپاي شرقي قرار گرفت و طي زمانهاي كه فولاد توليد نموده فولادي با كيفيت خوب و افزايش بهره وري و حداقل ضايعات در ريخته گري و نورد بوده است همچنين آلودگي ها زيست محيطي به نحو قابل ملاحضه اي بهبود يافته و فاكتورهاي آن بيش از 100 برابر كاهش يافته و علاوه بر منافعي كه براي پرسنل كارخانه و شهروندان الچوسك به همراه داشته است .
تكنولوژي در اين شركت به نحوي مي باشد كه قابليت تغيير در محصولات توليد وجود دارد و دروازه هاي جديدي در بازار باز گرديد .

[ghasem motamedi]

1- مقدمه
كليه صنايع و كارخانجاتي كه داراي راكتورهاي گرمائي بوده و به طرق مختلف در مرحله ايي از فرآيند توليد در تماس مواد با درجه حرارت بالا مي باشند لازم است كه ديواره كوره ها ، مخازن ، بونكرها ، لوله ها ، راهگاهها و ظروف حمل و نقل كه حاوي مواد داغ و گداخته مي باشند با مواد ديرگداز پوشانده شوند ديرگدازها يا مواد نسوز به اكسيد هاي فلزي و شبه فلزي گفته مي شود كه داراي نقطه ذوب بالابوده و به صورت آجر ، ملات ، پودر و قطعات شكل داده شده مصرف مي شوند اين مواد بستگي به اجزاء تشكيل دهنده داراي خصوصيات فيزيكي و شيميائي و كاربردهاي متفاوتي مي باشند بطور ميانگين 70 درصد مواد ديرگداز در جهان در صنايع فولادسازي 7 درصد در صنايع سيمان و آهك ، 7 درصد در صنايع سراميك ، 40 درصد در صنايع شيشه سازي ، 3 درصد در صنايع غير آهني و 9 درصد به طور متفرقه مصرف مي شود و به اين دليل است كه مواد ديرگداز در صنايع فوق از اهميت ويژه اي برخورد دار است و بدون آن ادامه روند در اين صنايع غير ممكن مي باشد .

2- تقسيم بندي مواد ديرگداز :
مواد دير گداز از جنبه هاي مختلف دسته بندي مي گردند چنانچه براساس تركيب شيميائي باشد به مواد اسيدي ، خنثي و بازي تقسيم مي شوند و از نظر روش توليد به مواد ديرگداز پرس خشك ، اكستروژن ، ريخته گري و از جنبه درجه حرارت به ديرگدازهاي معمولي ( 0C 1770- 1550 ) ديرگدازهاي درجه حرارت بالا ( 2000-1770 ) و ديرگدازهاي خيلي بالا ( بالاي 2000 درجه سانتيگراد ) تقسيم بندي مي گردند .
آنچه متداول تر است تقسيم بندي شيميائي مي باشد .
2-1- مواد ديرگداز اسيدي
متداول ترين مواد ديرگداز اسيدي سيليس ( Sio2 ) مي باشد اين ماده به صورت طبيعي و به اشكال گوناگون و با فراواني مختلف مانند كوارتز در طبيعت يافت مي شود . از جمله مواد دير گداز اسيدي آلومينوسيليكاتها را مي توان نام برد .
2-2- مواد ديرگداز بازي ( قليائي )
دولوميت ( Cao- mgo ) ، منيزيت ( Mgo ) و كرم منيزيت از متداول ترين مواد ديرگداز بازي مي باشند كه كاربرد زيادي خصوصاً در صنايع فولادسازي دارا مي باشند
2-3- مواد ديرگداز خنثي :
مواد ديرگداز خنثي براي جدا نمودن مواد ديرگداز اسيدي و بازي استفاده مي شود كروميت از متداول ترين مواد ديرگداز خنثي مي باشد كه براي مجزا نمودن آستربازي و آستر اسيدي استفاده مي شود .
3- دير گدازهاي مصرفي در فولادسازي

مصرف مواد دير گداز در صنايع فولادسازي بستگي به محل مصرف و شرايط
بهره برداري از لحاظ تركيب شيميائي و شكل ماده متفاوت مي باشند . اين مواد به صورت آجر و مواد بي شكل در آستر كوره ها ، پاتيل ها ، تانديش ها و راهگاههاي تخليه استفاده مي گردند انواع مواد ديرگداز مصرفي در صنايع فولادسازي شامل مواد نسوز عايق ، مواد نسوز دولوميتي ، منيزيتي ، كرم – منيزيت ، مواد بي شكل ، مواد گانينگ
مي باشند .

3-1- مواد ديرگداز عايق :
بطور كلي خاصيت اصلي اين مواد اين است كه قابليت هدايت حرارتي آنها كم
و اين خاصيت ناشي از تخلخل زياد آن مي باشد كه دراين مواد وجود دارد .
اين مواد عمدتاً به خاطر جلوگيري از افت حرارتي كوره ها و پاتيل ها كاربرد دارند .
3-2- مواد ديرگداز آلومينوسيليكاتي
خاك رس تشكيل دهنده اين نوع ديرگداز مي باشد كه مقدار آلومين آن 35 الي 75 درصد متغير است ديرگدازهاي شاموتي با 25 الي 45 درصد آلومين به عنوان مقاوم در مقابل انتقال حرارت كه در برابر شوك حرارتي حساس هستند در سلولهاي كوره هاي كك و ديواره بيروني پاتيل ها استفاده مي شود با افزايش ميزان AL2o3 دراين نوع ديرگدازها نقطه ذوب آن افزايش و كاربرد وسيعي در كوره بلند و فولادسازي
دارا مي باشند .
3-3- نسوزها منيزيتي :
منيزي در طبيعت به صورت كربنات مينزيم و هيدرات منيزيم مي باشد كه از حرارت دادن اين مواد Mgo توليد مي شود .
در حال حاضر اكثر منيزي دنيا از آب دريا بدست مي آيد ديرگدازهاي منيزيتي كاربرد فراواني در كوره هاي فولادسازي ، ميكسرها ، كنورتورهاي سرب ، مس و نيكل دارد . منيزي به عنوان يك ديرگداز بازي داراي نقطه ذوب بالائي مي باشد .
3-4- مواد ديرگداز دولوميتي :
كربنات مختلط منيزيم و كلسيم دراثر تكليس تبديل به اكسيد منيزيم و آهك مي گردد مخلوط اين دو اكسيد خاصيت ديرگدازي و بطور كلي داراي نقطه ذوب بالا مي باشد عيب اين نوع ديرگداز جاذب رطوبت بودن آنها است .
4- توليد و مصرف ديرگدازها در ايران و جهان

صنعت توليد مواد ديرگداز در ايران همزمان با صنعت سيمان ايجاد گرديد و براي اولين بار در سال 1318 كارخانه نسوز امين آباد در تهران با ظرفيت روزانه 5 تن مواد ديرگداز آغاز به كار و با تأسيس كارخانه ذوب آهن اصفهان نخستين كارخانه بزرگ مكانيزه توليد مواد دير گداز در اين كارخانه با توليد اوليه 24 هزار تن آجر شاموتي و 15 هزار تن محصولات قليائي و انواع جرم احداث و در سال 1352 راه اندازي گرديد تاسال 1357 در ايران حدود 60 هزار تن مواد نسوز توليد مي گرديد . پس از انقلاب با توسعه صنعت ديرگداز و احداث كارخانجات جديد ظرفيت توليد مواد ديرگداز درايران افزايش يافت و جمع ظرفيت اسمي تاپايان سال 1383 مقدار 330000 تن بوده است . درسال 82 251000 تن مواد ديرگداز در ايران توليد شده و پيش بيني مي شود كه طي سال 83 به مقدار 295000 تن افزايش يابد. ايران با در اختيار داشتن سهمي بيش از يك درصد توليد جهاني مواد ديرگداز ، رتبه اول را در ميان كشورهاي خاورميانه به خود اختصاص داده است و پس از ايران مصر و عربستان در رتبه هاي بعدي منطقه مي باشند مصرف مواد ديرگداز درجهان داراي يك روند نزولي مي باشد كه اين كاهش مصرف در كشورهاي صنعتي سرعت كمتري نسبت به كشورهاي در حال توسعه دارد . عوامل مؤثر بركاهش مصرف مواد نسوز را بشرح زير مي توان نام برد .
- استفاده هر چه بيشتر از فنون تعميرات موضعي در جداره كوره و پاتيل ها مانند روشهاي تعمير با كاربرد جرمهاي پاشيدني
- كاربرد هر چه بيشتر مواد اوليه بازيابي شده از مواد ديرگداز مستعمل براي توليد محصولات جديد .
- تغيير طراحي دستگاهها و راكتورها و تغييرات در تكنولوژي و فرآيندهاي فولادسازي براي كاهش هزينه ها
- جايگزيني محصولات ديرگداز سنتي با محصولات پر كيفيت مانند كامپوزيتها و سراميكهاي غير اكسيدي
- استفاده روز افزون از مواد نسوز بي شكل به جاي محصولات شكل داده
مانند آجرها
- توليد روز افزون محصولات تخصصي براي مصارف خاص و جايگزيني محصولات عمومي
مصرف مواد ديرگداز در صنايع فولادسازي در كشورها و كارخانجات مختلف بستگي به فرآيند توليد فولاد متفاوت مي باشد و بطور ميانگين در سالهاي اخير براي توليد يك تن فولاد حدود 15 كيلوگرم نسوز مصرف مي شود كه اين مقدار در كشورهاي در حال توسعه مانند هند 11 كيلوگرم در آمريكا حدود 8 كيلوگرم مي باشد در كشورهاي روسيه و چين كه از فرآيندهاي سنتي در توليد فولاد استفاده مي گردد اين مقدار بالاتر است در كارخانجات فولادسازي ايران نيز مصرف مواد دير گداز با ميانگين جهاني فاصله چنداني ندارد به عنوان نمونه مصرف مواد ديرگداز در مجتمع فولاد مباركه از 71/20 كيلوگرم در سال 1380 به 67/15 كيلوگرم در سال 1382 كاهش يافته است سهم واردات درمصرف مواد ديرگداز در ايران طي سال 1381 مقدار 5/5 درصد ، شركت فرآورده هاي نسوز آذر 38 درصد ، نسوز ايران 7/18 درصد ، نسوز پارس 12 درصد ، نسوز تبريز
1/8 درصد ، ديرگداز ايران 7/6 درصد و ساير توليد كنندگان 11 درصد بوده اند .
براساس اطلاعات موجود 65 درصد مواد ديرگداز در ايران در صنايع فولادسازي
8 درصد در صنايع سيمان ، 7 درصد در صنايع پتروشيمي ، 6 درصد در صنايع
غير آهني ، 5 درصد در صنايع سراميك و 10 درصد در ساير صنايع مصرف مي شوند با احتساب ميانگين جهاني در مصرف ديرگداز در برنامه توليد 20 ميليون تن فولاد نياز به 300 هزار تن مواد ديرگداز مي باشد و اگر ساير صنايع نيز مطابق رشد فولاد افزايش ظرفيت داشته باشند درسال 2009 كشور نياز به 500 هزار تن مواد ديرگداز
خواهد داشت .
نتيجه گيري :
مصرف مواد ديرگداز در صنايع فولادسازي از لحاظ وزني كاهش يافته كه به علت پيشرفت هاي كيفي در توليد مواد ديرگداز و تغييرات تكنولوژي در توليد فولاد مي باشد در ايران با توجه به ظرفيت هاي موجود در توليد مواد ديرگداز و معادن منيزيت ، كروميت و دولوميت و منايع انرژي ارزان توان به القوه در توليد مواد ديرگداز براساس نياز صنايع مختلف وجود دارد و با توجه به وجود بازار مصرف در كشورهاي منطقه لزوم دستيابي به بازارهاي صادرات را مي طلبد .

[ghasem motamedi]

تختال نازک ریختگی :
اولین کارخانه ریخته گری تختال نازک در سال 1989 در NUCORایالات متحده امریکا بر اساس تکنولوژی رشد یافته SMS آلمان تأسیس گردید که این تکنولوژی را با نام CPS یا تکنولوژی تولید تسمه فشاری می شناسند. این تکنولوژی به طور کامل در بیش از 30 کارخانه به کار گرفته شد که با تکیه بر آن سالیانه در حدود 50 میلیون تن تختال نازک تولید می شود. همچنین شرکت های وست آلپین (VAI) استرالیا و دانیلی ایتالیا نیز تکنولوژی های ریخته گری تختال نازک خود را گسترش دادند. تکنولوژی شرکت وست آلپین را در حال حاضر با نام ریخته گری مستمر تختال نازک و تکنولوژی نورد یا به اختصار CONROLL می شناسند و این شرکت تختال هایی با ضخامت 125 میلیمتر و بالاتر تولید می کند. اما تکنولوژی شرکت دانیلی نیز به نورد مستمر تختال های نازک نرم یا FtSR معروف بوده و تختال هایی با ضخامت هایی بین 70 تا 90 میلیمتر تولید می کند.
امروزه دستگاه ریخته گری یک رشته ای تختال نازک و نورد نهایی استاندارد توانایی تولید بیش از 35/1 میلیون تن کلاف نورد گرم را در طی یک سال دارد. آخرین کارخانه که در جولای سال 2007 در Severcorr ایالات متحده شروع به فعالیت نمود به طور حتم بزرگترین واحد ریخته گری تختال نازک می باشد که محصولاتی با عرض 900 تا 1880 تولید می کند. این کارخانه توسط SMS-Dmage ساخته شده و به وسیله یک واحد ریخته گری تک رشته ای، یک کوره تونلی و شش جایگاه نورد تسمه گرم ، سالیانه در حدود 35/1 میلیون تن کلاف نورد گرم تولید می کند. همچنین یک خط روغنکاری و اسیدشویی ، یک خط نورد تاندم با ظرفیت تولید 3/0 میلیون تن در سال ، یک خط نورد تمپر و یک خط گالوانیزه با ظرفیت 4/0 میلیون تن در سال برای افزایش تولید از 17درصد به 18درصد برای محصولات بدون روکش مورد استفاده در صنایع خودرو و مابقی برای دیگر کاربردهای نهایی مثل لوله ، محصولات ساختمانی و محصولات صنایع خودرو بدون روکش ، در این کارخانه نصب شده اند. SMS-Dmageکارخانه ای با سومین نسل تکنولوژی CSP نامیده می شود. آخرین نوآوری های ارائه شده در این تکنولوژی های ریخته گری تختال نازک عبارتند از :
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·طراحی قالب
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·دستگاه قالب گیری هیدرولیک لرزشی
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·استفاده از ترمزهای الکترومغناطیس (EMBR)
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·استفاده از descaler فشار بالا و راهنمای جانبی غلطکی(لبه خم کن) در فرایند نورد
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·کاهش مرکزی مایع دینامیک(LRC)
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·قالب گیری پودری و SEN طراحی مجدد شده
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·سیستم خنک کننده آبی اسپری
سرعت ریخته گری برای تختال با ضخامت 55/50 میلیمتر 6 متر بر دقیقه بوده که در واحدهای ریخته گری تختال نازک متوسط رایج می باشد. در ابتدا در طی روش تولید تختال نازک فقط نوع تجاری فولادهای ساده کربنی ریخته می شد. هرچند اخیراً ، فروشندگان تجهیزات ادعا می کنند که تقریباً تمامی انواع فولادها ، شامل فولادهای کم کربن ، پرکربن و کربن متوسط ، انواع فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا (HSLA) برای خطوط لوله و همچنین فولادهایی برای استفاده در صنایع خودرو سازی از قبیل انواع بدون عناصر درون شبکه ای (IF) را می توان در این سیستم ریخته گری نمود. انواع فولادهایی که می توانند توسط روش های ریخته گری تختال نازک تولید گردند را در جدول شماره 10 مشاهده می کنید :

نوع فولاد

شماره فولاد

انواع فولادهایی که پیش از این با روش تختال نازک ریخته می شدند

A

فولادهای غیر آلیاژی برای استفاده در لوله های تحت فرایند جوشکاری و لوله کشی ساختمان

1

فولادهای کم کربن و فوق کم کربن در کیفیت های DD و EDD

2

فولادهای میکروآلیاژی با استحکام بالاتر برای شکل دهی سرد و نورد سرد

3

فولادهایHSLA با افزایش مقاومت در برابر خوردگی جوی

4

فولادهای سیلیسی برای کاربردهای الکتریکی

5

فولادهای پرکربن و کربن متوسط

6

انواع فولادهای EDDبرای محصولات بدون روکش مورد استفاده در صنایع خودرو

7

فولادهای آلیاژی برای استفاده در فرایندهای عملیات حرارتی

8

فولادهای ضدزنگ فریتی

9

فولادهای خطوط لوله API-5L

10

فولادهای IF

11

ورق های فولادی فوق کم کربن برای محصولات بدون روکش مورد استفاده در صنایع خودرو

12

فولادهای دوفازی و TRIP

13

فولادهای خطوط لوله بالاتر از X-80

14

فولادهای نوع پریتکتیک

15

جدول شماره 10 – طبقه بندی فولادهای ریخته شده به روش ریخته گری تختال نازک

مزیت های مهم در تکنولوژی ریخته گری تختال نازک
در مقایسه با دیگر فرایندهای متداول ریخته گری مستمر برای تولید کلاف های نورد گرم(HR) ، اینگونه استنباط می شود که تختال های نازک ریخته شده ( با ضخامتی بین 40 تا 70 میلیمتر) با توجه به ضرورت نورد گرم ، این سیستم به میزان قابل توجهی انرژی کمتری مصرف می کند.
مصرف انرژی در طی روش ریخته گری تختال نازک شامل انرژی حرارتی ، بین 150 تا kWh/t200 بوده و در مقابل میزان مصرف انرژی حرارتی در روش ریخته گری متداول ، در حدود 450 تا kWh/t500 می باشد.
بهبود در راندمان :
این موضوع را باید پذیرفت که روش ریخته گری تختال نازک در مقایسه با روش های متداول ریخته گری نورد گرم ، راندمان تولید را برای محصولات نورد گرم تخت افزایش می دهد . همچنین افزایش صرفه جویی در مصرف انرژی از 20/1 درصد به 30/1 درصد نیز از فولاد مذاب پاتیل تا تولید کلاف نورد گرم دست یافتنی می باشد.
دیگر مزایا :
دیگر مزایای بالقوه ی سیستم ریخته گری تختال نازک را می توان اینگونه برشمرد :
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·کاهش در هزینه های کلی
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·کاهش در نیروی انسانی
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·کاهش فضای مورد نیاز
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·کاهش در هزینه فرایند
فرایند ریخته گری تسمه به روش مستقیم (DSC) :
در سال1999 شرکتNUCOR / BHP/I HIیک واحد صنعتی با ظرفیت تولید 5/0 میلیون تن درسال در NUCOR ایالات متحده تأسیس نمود و روش تولید خود را به عنوان " فرایند ریخته گری تسمه" ارتقاء داد. همچنین شرکت Thyssen Krupp Steel / Usinor / VAI نیز فرایند های خود را به عنوان فرایند تسمه اروپایی توسعه بخشید. در این فرایند ، فولاد مذاب بین دو غلطک چرخنده مقابل هم ریخته می شود. دو صفحه سرامیکی جانبی به سمت سطوح پیشین غلطک های نورد فشار وارد می کنند و استخر فولاد مذاب را در بر می گیرند . یک پوسته فولادی بر روی هر دو سطح غلطک شکل می گیرد که توسط سطح محدب مذاب ایجاد می گردد . ضخامت پوسته افزایش پیدا کرده و به نقطه تماس یعنی کمترین فاصله بین غلطک ها می رسد، جایی که دو پوسته زمانی که از بین دو غلطک ریخته گری عبور می کنند، به هم متصل شده و تشکیل یک پوسته پیوسته ای را می دهند و در جهت پایین از قالب خارج می گردد. معمولاً محدوده سرعت ریخته گری بین 40 تا 130 متر بر دقیقه بوده که به ضخامت تسمه ، اندازه غلطک ریخته گری و ارتفاع استخر بستگی دارد.
این تکنولوژی دارای مشخصه ها و مزیت های زیادی است ، و زمانی که برای کارخانه ها با مقیاس بزرگتر با ظرفیت 1 میلیون تن و بیشتر نصب شود جنبه های کیفیتی آن بسیار بالاست.

توضیحات

ظرفیت کارخانه بر حسب میلیون بر تن

نوع واحد صنعتی

موارد

برای تغذیه بازارهای محلی ، تولید محصولات با کیفیت ویژه وتأمین محصولات طویل

بین 5/0 تا 7/0

واحدهای فولادسازی

کوچک

نوع اول

معمولاً ظرفیت این چنین واحدهایی به محصولات فولادی پایین دستی از روش BOFِ یاEAF ریخته گری تختال نازک اختصاص داده می شود. سیستم ریخته گری متداول BOF– سیستم ریخته گری تختال متداول-واحد نورد steckelیا نورد ورق برای تولید ورق هایی با کیفیت بالا را نیز در برمی گیرد. سیستم ریخته گری تختال نازک – واحد نورد گرم ، امکان دوبرابر کردن ظرفیت را تا حدود 5/2 میلیون تن در سال به واسطه افزودن یک ذوب ریز و یک کوره تونلی فراهم می آورد.

2/1 تا 4/1

مجتمع فولادسازی متوسط

نوع دوم

مجتمع های فولادسازی ظرفیت بالا همواره از روش BOF سنتی –HSM استفاده می کنند. این چنین واحدهایی برای تولید با ظرفیت بسیار بالا و افزایش ظرفیت ایجاد می شوند

3 میلیون تن و بیشتر

مجتمع فولادسازی ظرفیت بالا

نوع سوم

جدول شماره 11 : ظرفیت تولید واحدهای مختلف فولادسازی

انتخاب روش فرایند تکنولوژی برای اقتصادی بودن تولید
امروزه نصب یک کارخانه مجتمع بزرگ فولادسازی بسیار هزینه بر است و دوره نصب تا بهره برداری آن طولانی می باشد . از این رو لازم است که تکنولوژی و فرایند قبل از اقدام به اجرای چنین پروژه ای به دقت بررسی و ارزیابی گردد. به دلیل پیدایش تکنولوژی های متعدد جدید در تولید فولاد و تکنولوژی ریخته گری مستمر ارزیابی فرایند بسیار ضروری می باشد. چنین ارزیابی هایی معمولاً شامل بررسی دستاوردهای گذشته ، شرایط کنونی و جنبه های آتی تکنولوژی در دست مطالعه بوده که در این رابطه باید معیارهای زیر مورد توجه قارا گیرد :
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·ظرفیت کارخانه
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·انتخاب نوع تولید
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·امکان دسترسی به مواد اولیه
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·در دسترس بودن انرژی مصرفی به میزان کافی
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·میزان آلودگی زیست محیطی
<!--[if !supportLists]--><!--[endif]-->·ملاحظات هزینه ای
همچنین می بایستی در دسترس بودن تسهیلات زیر بنایی و تدارکات بهره برداری در طول ارزیابی تکنولوژی و انتخاب عملی آن مورد توجه قرار گیرد.
به منظور انتخاب تسهیلات تکنولوژی ممکن برای ظرفیت های کارخانه های فولادسازی مطلوب با توجه به نکات مطرح شده ، جدول شماره 2 را مطالعه نمایید.
برنامه ریزی تجهیزات
برنامه ریزی تجهیزات بر اساس نوع محصول مورد نظر ، برای سه مورد مختلف به شرح زیر می باشد:
نوع اول : واحدهای فولادسازی کوچک
کارخانه هایی در سراسر جهان با ظرفیتی تا 1 میلیون تن در سال ، در گروه واحد های فولادسازی کوچک قرار دارند. چنین کارخانه هایی معمولاً با استفاده از مواد اولیه در دسترس محلی و خدماتی از قبیل برق و انرژی های دیگر ، جهت تغذیه ی بازارهای خاصی بهره برداری می شوند. با توجه به سرمایه گذاری های نسبتاً پایین آن برای محصولات طویل مانند مفتول ، انواع میلگردها ، مفتول ها و محصولات ساختمانی متوسط ، با استفاده از روش ریخته گری پیوسته از نظر تولید می توانند اقتصادی باشند.
معمولاً کمترین ظرفیت این واحدهای کوچک صنعتی 600 هزار تن در سال بوده که می تواند با حداقل سرمایه گذاری ، حداقل سایت و محصولاتی طبق سفارش مشتری نصب گردد. این فرایندها بسیار متداول بوده و در اکثر کشورهای آسیایی و آمریکای شمالی این تکنولوژی به کار گرفته می شود. فولادهای تولید شده در این کارخانه ها دارای کاربردهای مخصوصی مانند محصولات ساختمانی از قبیل میلگردها و انواع تیرآهن که به صورت اقتصادی از شمش تولید می شوند ، بوده و دارای خواص برتر متالورژیکی می باشد. علاوه بر این میلگردهای فولادهای استحکام بالای کم آلیاژ می تواند با استفاده از شمش برای ساخت ساختمان های بلند و نیز ساخت پل ها استفاده شود. با بهره گیری هماهنگ و صحیح از ماشین های ریخته گری و تجهیزات پایین دستی ، محصولاتی با کمیت بهتر را می توان از طریق شارژ مذاب بدست آورد که در مصرف انرژی کاهش چشمگیری خواهد داشت.
نوع دوم : مجتمع های فولادسازی متوسط
کارخانه های مید سایز یا مجتمع های فولادسازی متوسط با ظرفیت سالیانه 2/1 تا 4/1 میلیون تن در سال از روش های BF-BOF-CC یا روش EAF-CC استفاده می کنند که در امر تولید انواع محصولات بسیار متداول و انعطاف پذیر می باشند و همچنین دارای توانایی تولید فولاد با مصرف انرژی کم و نیز در دسترس بودن تجهیزات متناسب پایین دستی و بالا دستی می باشند.
محصولات ورق ضخیم بالای 5 میلیمتر تا 3200 میلیمتر پهنا با کابردهای ساختمانی و زیر بنایی را می توان توسط روش سنتی BOF-CC به صورت اقتصادی تولید نمود. در این مجتمع های صنعتی ، واحد های نورد ورق با ظرفیت تولید 2/1 تن در سال نیز کاملاً رایج می باشد .همچنین با توجه به تقاضای کنونی محصولات فولادی مانند ورق های ضخیم Q&T ، API – 5Lتا بیش از X – 120 ، OCTGبرای نفت و گازهای طبیعی ، محصولات تولید شده در این واحدهای صنعتی کاربردهای خوبی در کارخانه های تصفیه ثانویه ، ماشین های ریخته گری تختال پیشرفته و همچنین واحدهای نورد ورق های عریض دارند که توسط سرمایه گذاران کنونی انتخاب می شود.
طبق گزارشات رسیده روش ریخته گری تختال نازک BOF می تواند برای تولید فولادهای IFبا مشخصات متالورژیکی قابل قبولی به کارگرفته شودکه در بخش های خودروسازی کاربرد دارد. به هر حال امروزه انواع مختلف فولادهای مهم را که در بالا به آنها اشاره کردیم می توان طبق درخواست مشتری در این واحدهای صنعتی تولید نمود.
نوع سوم : مجتمع های بزرگ فولاد سازی
مجتمع های فولادسازی سراسر دنیا به دلیل سرمایه گذاری های پایین و بهره برداری اقتصادی ، تولید انبوه ، اجاره معادن مواد اولیه به مدت طولانی ، مصرف انرژی پایین و جابجایی حداقل محصولات میانی کاربرد وسیعی دارند. معمولاً چنین مجتمع هایی بر اساس روش BF – BOF عمل می کنند و در کنار معادن یا نزدیک بندر ساخته می شوند. تجهیزات میان دستی بر اساس نیاز قالب بازار و یا نیاز بازارهای نوظهور مصرفی ایجاد می شوند.
ظرفیت فولادسازی مدولار بین این مجتمع های بزرگ صنعتی 2 تا 3 میلیون تن در سال بوده بوده و متعاقباً قابل افزایش است. ظرفیت نهایی چنین کارخانه هایی گاهاً تا 10 میلیون تن در سال نیز می رسد.
نتیجه گیری
فضای تجاری جهانی با توجه به ادغام شرکت ها و افزایش مالکیت ها یک وضعیت خشن و رقابتی برای ابقاء و پیشرفت را تجربه می کند. فقط شرکت هایی که قادرند محصولاتی با کیفیت بالا و در یک قیمت رقابتی را تولید کنند شانس باقی ماندن در صحنه را دارند. تکنولوژی تولید فولاد و ریخته گری کماکان نقش قالبی را در ارائه قیمت های رقابت آمیز در صنعت بازی می کنند. تکنولوژی های مختلف که در این مقاله مطرح شدند ، ابزار اولیه در تولید فولاد بر حسب قیمت ، کیفیت و حجم می باشند.
در قرن 21 در قاره آسیا ما شاهد یک رشد بی سابقه در بخش فولاد بودیم. افزایش مصرف فولاد نیز وابستگی زیادی به میزان پیشرفت ایجاد شده در بخش های گوناگون کاربرد آن پیدا کرده است.

[ghasem motamedi]

استفاده از فرایندهای جدید احیای مستقیم، برپایه گاز طبیعی یا زغال سنگ، پیشرفت قابل توجهی در راستای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و مصرف انرژی به همراه داشته است. در عین حال با استفاده از تکنولوژی های جدید، امکان تولید فولاد مرغوب و مطابق نیاز بازار فراهم شده است. از دیگر مشکلات زیست محیطی صنایع تولید آهن و فولاد، برجای ماندن ضایعات و قراضه فولاد می باشد. امروزه استفاده از قراضه فولاد به عنوان ماده اولیه در بسیاری از روش های فولادسازی، امکان رسیدن به صفر درصد قراضه را فراهم ساخته است.

در این تاپیک به بررسی انرژی مورد نیاز و انتشار گازکربنیک برای روش های روتین آهن سازی و فولادسازی نظیر، کوره بلند/کنورتر، احیای مستقیم آهن – میدرکس/ بریکت سازی/ کوره قوس الکتریکی پرداخته و کمیت آنها با روش های جدید فولادسازی نظیر Fastmet ، ITmk3 ، Faststeel ، FastOx ، Corex و HIsmelt مقایسه می شود.

__________________
مصرف انرژی و انتشار گازکربنیک


برای تعیین میزان انتشار گازکربنیک در فرایندهای فولادسازی لازم است تا انتشار این گاز در هر مرحله از فرایند مورد بررسی قرار گیرد. در این قسمت اطلاعاتی در زمینه انتشار گازکربنیک و مصرف انرژی در صنایع فولادسازی، از هنگام تحویل مواد اولیه تا مذاب فولاد درون بوته، آورده شده است.

This image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 654x420 and weights 85KB.

تکنولوژی سنتی تولید فولاد بر مبنای روش BF/BOF می باشد. در عین حال نیاز روزافزون صنایع فولادسازی به تولید فولاد با کیفیت بالا، هزینه کم، بازده زیاد، ... این صنعت را از 30 سال پیش تاکنون به سوی استفاده از تکنولوژی های پیشرفته EAF هدایت کرده است. بسیاری از این تکنولوژی ها به استفاده از انرژی حاصل از واکنش های شیمیایی نظیر واکنش کربن با اکسیژن در حین تزریق آن، برای کاهش نیاز به الکتریسیته و از طرفی افزایش بازده تولید روی آورده اند.
توسعه شکل های متفاوتی از آهن تولید شده در روش های مختلف آهن سازی نظیر شمش آهن (PI:Pig Iron)، DRI، HBI، ITmk3 (PP:Pig Pellets)، مذاب داغ (Hot Metal) که برای تولید فولاد با کیفیت بالا مورد استفاده قرار می گیرد، انعطاف پذیری زیادی را در روش های فولادسازی با EAF نسبت به 10 سال گذشته ایجاد کرده است. در جدول زیر برخی از پارامترهای مطلوب برای هر کدام از محصولات آهنی شارژ شده در کوره قوس الکتریک نشان داده شده است.

This image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 884x781 and weights 211KB.

[ghasem motamedi]

از سه روش برای تهیه فولاد استفاده می‌شود:
روش بسمه

در این روش ، ناخالصی‌های موجود در چدن مذاب را به کمک سوزاندندراکسیژن کاهش داده ، آن را به فولاد تبدیل می‌کنند. پوشش جدار داخلی کوره بسمه از سیلیس یااکسید منیزیم و گنجایش آن در حدود 15 تن است. نحوه کار کوره به این ترتیب است کهجریانی از هوا را به داخل چدن مذاب هدایت می‌کنند تا ناخالصی‌های کربن وگوگرد به‌صورتگازهای SO2 و CO2 از محیط خارج شود و ناخالصی‌هایفسفر و سیلیس موجود درچدن مذاب در واکنش با اکسیژن موجود در هوا به‌صورت اکسیدهای غیر فرار P4O10 و SiO2 جذب جدارهای داخلی کوره شوند و بهترکیبات زودگداز Mg3(PO4)2 و MgSiO3 تبدیل و سپس به‌صورت سرباره خارج شوند.
سرعت عمل این روش زیاد است، به همیندلیل کنترل مقدار اکسیژن مورد نیاز برای حذف دلخواه ناخالصی‌های چدن غیرممکن است ودر نتیجه فولاد با کیفیت مطلوب و دلخواه را نمی‌توان به این روش بدست آورد.
روش کوره باز (یا روش مارتن)

در این روش برای جدا کردن ناخالصی‌های موجوددر چدن ، از اکسیژن موجود در زنگ آهن یا اکسید آهن به جای اکسیژن موجود در هوا درروش بسمه (به منظور سوزاندن ناخالصی‌هایی مانند کربن ، گوگرد و غیره) استفادهمی‌شود. برای این منظور از کوره باز استفاده می‌شود که پوشش جدار داخلی آن از MgO و CaO تشکیل شده است و گنجایش آن نیز بین 50 تا 150 تن چدن مذاب است. حرارت لازم برایگرم کردن کوره از گازهای خروجی کوره و یا مواد نفتی تأمین می‌شود. برای تکمیلعملاکسیداسیون ، هوای گرم نیز به چدن مذاب دمیده می‌شود. زمان عملکرد این کورهطولانی‌تر از روش بسمه است. از این نظر می‌توان با دقت بیشتری عمل حذف ناخالصی‌هارا کنترل کرد و در نتیجه محصول مرغوب‌تری بدست آورد.

روش الکتریکی

از این روش در تهیه فولادهای ویژه‌ای که برای مصارف علمی ‌وصنعتی بسیار دقیق لازم است، استفاده می‌شود که در کوره الکتریکی با الکترودهایگرافیت صورت می‌گیرد. از ویژگی‌های این روش این است که احتیاج به مادهسوختنی و اکسیژن ندارد ودما را می‌توان نسبت به دوروش قبلی ، بالاتر برد.این روش برای تصفیه مجدد فولادی که از روش بسمه و یاروش کوره باز بدست آمده است، به منظور تبدیل آن به محصول مرغوبتر ، بکار می‌رود. برای این کار مقدار محاسبه شده ای از زنگ آهن را به فولاد بدست آمده از روشهای دیگر، در کوره الکتریکی اضافه کرده و حرارت می‌دهند. در این روش ، برای جذب و حذف گوگردموجود در فولاد مقدار محاسبه شده‌ای اکسید کلسیم و برای جذب اکسیژن محلول در فولادمقدار محاسبه شده ای آلیاژ فروسیلیسیم (آلیاژ آهن و سیلیسیم) اضافه می‌کنند.

[ghasem motamedi]

اصطلاح فولاد (Steel) برایآلیاژهای آهنکه تا حدود 1،5 درصدکربن دارند و غالبا بافلزهای دیگر همراهند، بکار می‌رود. خواص فولاد به درصدکربن موجوددر آن ، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهنده موجود در آن بستگیدارد.

کاربرد انواع مختلف فولاد
از فولادی که تا 0.2 درصد کربن دارد، برای ساختنسیم ، لوله و ورق فولاد استفاده می‌شود. فولاد متوسط 0.2 تا 0.6 درصد کربن دارد وآن را برای ساختن ریل ، دیگ بخار و قطعات ساختمانی بکار می‌برند. فولادی که 0.6 تا 1.5 درصد کربن دارد، سخت است و از آن برای ساختن ابزارآلات ، فنر و کارد و چنگالاستفاده می‌شود.
ناخالصی‌های آهن و تولید فولاد
آهنی که ازکورهبلند خارج می‌شود،چدن نامیده می‌شود که دارایمقادیری کربن ،گوگرد ،فسفر ،سیلیسیم،منگنز وناخالصی‌های دیگر است. در تولید فولاد ، دو هدف دنبال می‌شود:
1. سوزاندن ناخالصی‌های چدن
2. افزودن مقادیر معین از مواد آلیاژ دهنده به آهن
منگنز ، فسفرو سیلیسیم در چدن مذاب توسط هوا یااکسیژن بهاکسید تبدیل می‌شوند و با کمک ذوب مناسبی ترکیب شده ، به صورت سرباره خارج می‌شوند. گوگرد به صورت سولفید وارد سرباره می‌شود و کربن هم می‌سوزد ومنوکسید کربن (CO) یادی‌اکسیدکربن (CO2) در می‌آید. چنانچه ناخالصی اصلی ، منگنز باشد، یک کمکذوب اسیدی که معمولا دی‌اکسید سیلسیم (SiO2) است، بکارمی‌برند:

(MnO + SiO2 -------> MnSiO3)l
و چنانچه ناخالصی اصلی ، سیلسیم یا فسفرباشد (و معمولا چنین است)، یک کمک ذوب بازی که معمولا اکسید منیزیم (MgO) یا اکسیدکلسیم (CaO) است، اضافه می‌کنند:
(MgO + SiO2 -------> MgSiO2)l

(6MgO + P4O10 -------> 2Mg3(PO4)2)l

کوره تولید فولاد و جدا کردن ناخالصی‌ها
معمولا جداره داخلی کوره ای را کهبرای تولید فولاد بکار می‌رود، توسط آجرهایی که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند،می‌پوشانند. این پوشش ، مقداری از اکسیدهایی را که باید خارج شوند، به خود جذبمی‌کند. برای جدا کردن ناخالصی‌ها ، معمولا از روشکوره بازاستفادهمی‌کنند. این کوره یک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن 100 تا 200 تن آهن مذاب جایمی‌گیرد.
بالای این ظرف ، یک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روی سطح فلزمذاب منعکس می‌کند. جریان شدیدی ازاکسیژن رااز روی فلز مذاب عبور می‌دهند تا ناخالصی‌های موجود در آن بسوزند. در این روشناخالصیها در اثر انتقال گرما در مایع و عمل پخش به سطح مایع می‌آیند و عمل تصفیه ،چند ساعت طول می‌کشد. البته مقداری از آهن ، اکسید می‌شود که آن را جمع‌آوری کرده ،به کوره بلند باز می‌گردانند.

[ghasem motamedi]

سرفصل مطالب:
1- تاریخچه کوره زیمنس مارتین
2- طرز کار کوره زیمنس مارتین
3- آجرهای نسوز مورد استفاده در کوره زیمنس مارتین
4- مواد شارژ
5- نقش عناصر موجود در چدن خام در فرایند فولاد سازی کوره زیمنس مارتین
6- تصویه مذاب توسط کوره زیمنس مارتین
تاریخچه کوره زیمنس مارتین:
طرح اصلی این کورها توسط دانشمندانی از قبیل امیل و پی یر مارتین فرانسوی در سالهای 1840تا 1865 اراعه شد .
این دانشمندان وقتی با فرضیه زیمنس در سال 1856 مبنی بر استفاده از گرمای گازهای خروجی برای گرم کردن سوخت و هوا اشنا شدند توانستند در کارهای خود به موفقیتهایی چشم گیری دست یابند . که از ان به بعد این کورها به نام کوره زیمنس مارتین شهرت یافت .
طرز کار کوره زیمنس مارتین:
حرارت لازم برای ذوب شارژ در کوره زیمنس مارتین توسط گاز ویا سوختهای جامد نظیر ذغال سنگ ویا مایع تامین میشود . سوخت در دو محفظه احتراق که در دوطرف کوره زیمنس مارتین قرار دارند محترق شده و از طریق مشعل هایی به کوره زیمنس مارتین وارد می گردد . دو مشعل قرار گرفته در دو طرف کوره زیمنس مارتین با یکدیگر عمل نکرده بلکه یکی برای حدود 15 تا 20دقیقه کار کرده وسپس با متوقف شدن ان دیگری برای همین مدت کار می نماید واین عمل به تناوب تکرار می گردد .
برای رسیدن به درجات حرارتی بالا در کوره زیمنس مارتین هوای لازم برای احتراق قبلا توسط عبور از رژنراتور گرم میشوند . این قسمت از کوره زیمنس مارتین متشکل از محفظه هایی است شبیه لانه زنبور که توسط اجرهای دیر گداز پوشش داده شده وحرارت حاصل گازهای خروجی از کوره زیمنس مارتین گرمای لازم در این گونه محفظه ها را تولید نموده واجرهای دیر گداز را گداخته می نماید .
بدین ترتیب می توان درجه حرارت مذاب را تا 80 الا 100 درجه ، بالای نقطه ذوب افزایش داد .
اجرهای نسوز مورد استفاده در کوره زیمنس مارتین :
انواع مختلفی از سنگهای نسوز برای اجر چینی کوره زیمنس مارتین مورد استفاده قرار می گیرند . اجرهای نسوز را می توان با توجه به خواص شیمیایی انها تقسیم بندی کرد :
نسوزهای اسیدی یعنی آجرهایی که صرفا خواص اسیدی دارند مانند آ جرهای سیلیسی ، کوارتزیت و غیره .
نسوزهای بازی مانند سنگهای منیزیتی ، آجرهای منیزیتی ، کرمیتی با مقدار زیاد دولمیت و غیره .
نسوزهای خنثی مانند آجرهای شاموتی ، آجرهای کرمیتی و گرد شاموت .
کوره زیمنس مارتین را نیز با توجه به نوع نسوز مورد استفاده تقسیم بندی ونام گزاری می کنند . بر این اساس کوره زیمنس مارتین به دو نوع کوره زیمنس مارتین اسیدی و بازی تقسیم بندی میشوند .
فرایند کوره زیمنس مارتین اسیدی تنها برای تولید فولادها با کیفیت بسیار بالا مناسب است
بنابراین هزینه ی تولیدی فولاد در کوره زیمنس مارتین بالاتر از کوره زیمنس مارتین بازی است .
علت افزایش هزینه ها نسبت به کوره زیمنس مارتین بازی این است که مواد اولیه باید فسفر وگوگرد بسیار کمتری داشته باشند ، چون در کوره زیمنس مارتین اسیدی نمی توان عملیات فسفر زدایی و گوگرد زدایی را انجام داد . این در حالی است که در کوره زیمنس مارتین با جداره ی با زی می توان به راحتی عملیات فسفر زدایی وگوگرد زدایی را انجام داد .
شارژ مورد استفاده در کوره زیمنس مارتین اسیدی می بایست از چدن خام با درجه مرغوبیت بسیار بالا که 0.015 تا 0.02 درصد فسفر و 0.01 تا 0.025 درصد گوگرد دارنداستفاده می شود .
مواد شارژ کوره زیمنس مارتین :
1.آهک : اهک هم در کوره زیمنس مارتین اسیدی وهم در کوره زیمنس مارتین بازی به عنوان گداز اور مورد استفاده میشود .
ترکیبات مضر ان عبارتند:سیلیس و گوگرد
سیلیس مقدار آهک پخته را تقلیل می دهد ودر نتیجه مقدار سرباره را افزایش می یابد .
گوگرد عنصر نا مطلوبی در فولادها است بنابراین نباید سنگهای اهکی که بیشتر از 0.08 – 0.05 درصد گوگرد دارند ، داخل کوره زیمنس مارتین ریخت .
سنگهای اهک ماده ی مناسبی برای جوشش مذاب محسوب می شوند زیرا در اثر حرارت تجزیه شده وگاز دی اکسید کربن از انها متصاعد میشود . این غلیان اهک شرایط انتقال گرما را در داخل کوره زیمنس مارتین بهتر کرده ونیز به عمل تصویه ، توسط اکسیژن دی اکسید کربن کمک می کند .
2.کلسیم فلورید ( فلوئورین ) :
اینگداز اور دارای 90 تا 95 درصد 2CaF و 3 تا 9 درصد سیلیس است.از این گدازاور برای سیال کردن سرباره های خیلی غلیظ استفاده میکنند . این گداز اور خاصیت گوگرد زدایی دارد .
تجربیات نشان داده که این گداز اور اثر تخریبی روی جداره ی سیلیسی دارد .
3. بوکسیت ها : به طور وسیع در کوره زیمنس مارتین بازی برای کنترل سیالیت سرباره مورد استفاده قرار می گیرد . اثر سیال کنندگی ان به افزایش غلظت آلو مینا در سرباره بستگی دارد ولی شدت اثر انها به مراتب کمتر از فلدسپار است.
4.آجرهای شکسته ی شاموتی : این ماده به سرباره ی کوره زیمنس مارتین اسیدی اضافه میشود تا سیالیت سرباره را افزایش دهد .
5. سنگ اهن : این ماده برای سوزاندن ناخالصی ها وبرای کمک به انحلال اهک به کوره زیمنس مارتین اضافه می شود . در ضمن سیلیس نبا ید از یک حد مجازی در سنگ های اهن فراتر رود چراکه منجر به افزایش مصرف اهک می شود.
6. قراضه فولاد : قراضه هایی که به بار کوره زیمنس مارتین اضافه می شوند نباید به ماسه ، گوگرد ، سرب ، روی ، قلع و غیره الوده باشند .
قراضه هایی که با قلع نازک و روی ، رو کشی شده است ، از پست ترین نوع قراضه است .
روی همراه قراضه به هنگام ذوب به صورت بخار اکسید روی متصاعد شده و بر جداره کوره زیمنس مارتین ، رژنراتورها ، لوله های ، مشعل ، دیگ های بخار نشسته و انها را خراب می کند .
وقتی سرب وارد کوره زیمنس مارتین بشود به علت پایین بودن نقطه ذوب فورا ذوب شده و به علت سنگینی به قسمت تحتانی مذاب جاری و در انجا به داخل سوراخ های باریک آجرها نفوذ کرده و موجبات خرابی سینه کوره زیمنس مارتین را فراهم می اورد .گدشته از ان که سرب ممکن است سبب شکسته گی سینه کوره زیمنس مارتین و جاری شدن مذاب بشود .
قراضه سبک وزن ، تراشه های سبک فولادی و سرقیچیهای ورق را در بر می گیرد .
اگر مقدار قراضه سبک وزن در بار کوره زیمنس مارتین زیادتر شود در این صورت زمان باردهی افزایش یافته و در نتیجه بهره وری کوره زیمنس مارتین کاهش می یابد .
اما این عیب را می توان با پرس کردن قراضه در ماشین های پرس بر طرف کرده و شرایط باردهی را بهتر کرد .
تراشه هایی که در کوره زیمنس مارتین مورد استفاده قرار می گیرند باید تازه بوده و اکسید نشده باشند (در غیر این صورت حمام مذاب بیش از حد لزوم اکسید شده و گازهای فراوانی در ان تجمع پیدا می کنند )
قراضه ها را باید به دقت درجه بندی کرد .بدین علت قراضه های گوگرد دار را باید به دقت از سایر قراضه ها جدا کرد زیرا در ساختن فولادهای عالی این نوع قراضه ها بسیار نا مناسب هستند .
7. چدن خام :
قسمت مهمی از بار کوره زیمنس مارتین را چدن خام تشکیل میدهد . در کارخانه های فولاد سازی که فاقد کوره بلند هستند .چدن خام به صورت شمشهای جامد در کوره شارژ می شوند و در هر صورت از لحاظ اقتصادی برخی اوقات به صلاح است که شمشهای منجمد را قبل از ریختن به درون کوره زیمنس مارتین در یک کوره کوپل ذوب کنند .
نقش برخی از عناصر موجود در چدن خام در فرایند فولاد سازی کوره زیمنس مارتین:
طبیعت و بازده کوره زیمنس مارتین شدیدا به مقدار فسفر چدن خام بستگی دارد .در فرایند کوره زیمنس مارتین اسیدی ، که در ان امکان تصویه فسفر وجود ندارد ، مقدار درصد فسفر در چدن خام باید حداقل نگه داشته شود .
تنها زمانی که 20تا30 درصد کل شارژ را چدن خام تشکیل می دهد می توان به روش اسیدی فولادی با 0.015 تا 0.02 درصد فسفر تهیه کرد .
در فرایند کوره زیمنس مارتین بازی می توان چدن خام را با مقدار دلخواه فسفر را به فولاد تبدیل کرد
چدن خام مناسب کوره زیمنس مارتین تا 0.02 فسفر دارد اگر مقدار فسفر چدن خام بالاتر از 1.5 درصد باشد در این صورت سرباره تولیدی به عنوان کود شیمیایی مورد استفاده قرار خواهد گرفت .
گوگرد عنصری بسیار مضری برای فولاد سازی محسوب می شود چون برطرف کردن قسمتی از ان حتی در کوره زیمنس مارتین بازی نیز بسیار مشکل است .
تصویه مذاب توسط کوره زیمنس مارتین:
کار کوره زیمنس مارتین تصویه مذاب به فولاد است . ترکیب شارژ فلزی می تواند بین 100درصد چدن خام تا 100 درصد قراضه تغییر کند .
در کوره ی زیمنس مارتین برای سوزاندن عناصر مضر اکسیژن به کوره زیمنس مارتین دمیده می شود در نتیجه یک اتمسفر اکسید کننده در بالای مذاب به وجود می اید . پس از دمش اکسیژن ناخالصی های شارژ به همراه مقداری اهن ، اکسید می شوند که در سرباره تجمع می یابند .
فسفر زدایی : فسفر یکی از عناصر مضر در فولاد محسوب می شود . همان طور که در قسمت فوق توضیح داده شد برای تصویه ناخالصی ها از اکسیژن استفاده میشود پس از دمش اکسیژن فسفر به صورت ترکیب 5O2Pوارد سر باره می گردد . ترکیب 5O2P در دماهای بالا نا پایدار است که در صورت بالا بودن زمان ذوب فسفر وارد مذاب می شود .
گوگرد زدایی درکوره زیمنس مارتین:
گوگرد از جمله عناصر مضری است که خواص مکانیکی ، مقاومت به خوردگی وقابلیت جوشکاری را کاهش می دهد .
منگنز از جمله عناصری است که خاصیت گوگرد زدایی دارد که از این عنصر جهت تقلیل اثرات مضر گوگرد استفاده می شود.
اکسیژن زدائی در کوره زیمنس مارتین:
با توجه به این که برای تصویه مذاب از اکسیژن استفاده می شود حجم بالایی از اکسیژن در داخل مذاب حل می شود وهمین موضوع عملیات اکسیژن زدایی لازم و ضروری می گرداند .
روش های مختلفی جهت اکسیژن زدایی مذاب موجد است که در این بین عملیات اکسیژن زدایی رسوبی بیشترین کاربرد را دارد در این روش از عناصری که قدرت اکسیژن زدایی بالایی دارند استفاده می شود که عبارتند از :Ca_Zr_Al_Si