ترجمه: محمدحسین نشاطی

شارژ کردن آهن‌اسفنجی گرم یا آهن احیاشده مستقیم (HDRI) به کوره با انتقال از مسافتی کم، به‌طور معمول با نوار نقاله زنجیری مکانیکی با متحرک چرخ‌دنده‌ای (اسپراکت) در اتمسفرهای بی‌اثر تا ℃۷۰۰ انجام می‌شود. این سیستم‌ها از لحاظ سابقه با مسئله نگهداری و تعمیر مواجه‌اند، زیرا در معرض دماهای بالا، ماهیت ساینده مواد و گرد وغبار قرار دارند. برای حل این مسائل مرتبط با گرما، اتمسفر، افزایش بازدهی و زمان فعالیت کارخانه، یک سیستم جدید نوار نقاله برای حمل محفوظ DRI با استفاده از پوسته گازبندی شده، تابه‌های فولادی و سیستم مش حلقوی توسعه یافته و مورد آزمایش قرار گرفته است. نتایج آزمایش و جزئیات سیستم در این مقاله ارائه می‌شود.

گروه رسانه‌ای پردازش– آهن‌اسفنجی گرم (HDRI) که مستقیماً به کوره ذوب شارژ می‌شود سودمند است زیرا انرژی مورد نیاز به ازای هر تن فولاد تولیدی را کاهش داده و توان عملیاتی ذوب فولاد را افزایش می‌دهد. اگر فاصله بین رآکتور DRI و کوره ذوب در محدوده ۴۰ تا ۲۰۰ متر باشد، سیستم انتقال مورد نظر برای جابه‌جایی گرم DRI معمولاً نوار نقاله مکانیکی است. در موارد نیازمند به شیب تند نوار نقاله، صفحات فلزی با شکل مخصوصی به نوار نقاله اضافه می‌شوند.

DRI چیست و چگونه تولید می‌شود؟

DRI یک محصول نیمه‌تمام در مسیر تولید فولاد است که عمدتاً حاوی آهن فلزی حاصل از احیای گندله‌های سنگ‌آهن با مونوکسید کربن (CO) و هیدروژن (H_۲) است. احیای مستقیم به فرآیندهایی اطلاق می‌شود که اکسیدهای آهن را در دماهای زیر نقطه ذوب به آهن فلزی احیا می‌کنند؛ محصول این نوع فرآیند حالت جامد DRI نامیده می‌شود. گاز احیاکننده، متشکل از مخلوطی از گازها، عمدتاً هیدروژن (H_۲) و مونوکسید کربن (CO) و دمای فرآیند به‌طورکلی بین ۸۰۰ تا ℃۱۲۰۰ است.

     فرآیندهای احیا اغلب به دو دسته تقسیم می‌شوند:

• فرآیند با استفاده از زغال‌سنگ.
• فرآیند با استفاده از گاز قابل احتراق.

     در هر دو مورد،هدف فرآیند حذف اکسیژن موجود در گندله‌ سنگ‌آهن خام با قطر اسمی mm10-30 می‌باشد تا بدون رسیدن به نقطه ذوب ℃۱۲۰۰، سنگ معدن را به آهن فلزی تبدیل کند.

تولید DRI با زغال‌سنگ

برای تولید آهن‌اسفنجی از زغال‌سنگ اغلب از رآکتور کوره افقی دوار شیبدار (شکل۱) استفادهمی‌شود.در کوره دوار،زغال‌سنگ و سنگ‌آهن هر دو از یک طرف بارگیری می‌شوند. در طی جابه‌جایی خوراک، واکنش اکسیدشدن زغال‌سنگ و واکنش احیا با گاز CO به‌صورت دقیقی متوازن می‌شوند. پروفیل دمایی بین ۸۰۰ تا ℃۱۰۵۰ در تمام طول کوره حفظ می‌شود ودر طی جاری شدن به دلیل گرانش، ماده معدنی تحت فرآیند احیا قرار می‌گیرد که در آن کربن به عنوان عامل احیا عمل می‌کند.

تولید DRI با گاز قابل احتراق

 هنگامی که از گاز قابل احتراقی مانند گاز طبیعی، گاز اصلاح‌شده، گاز سنتز (زغال‌سنگ) و… برای تولید DRI استفاده می‌شود،واکنش احیا در رآکتوری بامحور عمودیصورت می‌گیرد.این فرآیند بر اساس مفهوم جریان مخالف است:خوراک سنگ‌آهن توسط گرانش به سمت پایین حرکت می‌کند درحالی‌که توسط گازهایی که به سمت قسمت بارگیری جریان دارند احیا می‌شود. فشارها و دماهای بدست آمده در این فرآیند به ترتیب barg 5-6 و ℃۸۵۰-۸۰۰ هستند. به عنوان بخشی از فرآیند، این سوخت‌های گازی قابل احتراق به‌منظور دستیابی به مخلوطی ازH_۲ و CO اصلاح می‌شوند (واکنش‌های ریفورم). برای رسیدن به این هدف، مقدار معینی از گاز طبیعی پیش‌گرم شده و به‌عنوان گاز واکنش استفاده می‌شود.

مقایسه DRI تولیدشده از زغال‌سنگ و DRI تولید‌شده از گاز قابل احتراق

به دلیل سرعت بالاتر واکنش شیمیایی وعناصر ناخواسته کمتر موجوددر گاز، فرآیند بر پایه گازهای قابل احتراق بسیار کارآمدتر و تمیزتر از فرآیند بر پایه زغال‌سنگ است.

     مقایسه بین خواص DRI بدست آمده با یک فرآیند بر پایه گاز در مقایسه با خواص حاصل از یک فرآیند بر پایه زغال‌سنگ در جدول (۱) نشان داده شده است.

     جدول (۲) مقایسه‌ای از ترکیب شیمیایی DRI حاصل از مسیرهای بر پایه گاز و بر پایه زغال‌سنگ را نشان می‌دهد.

مشکلات باDRI

DRI بسیار حساس به اکسیدشدن (زنگ‌زدگی) است و این نرخ اکسیدشدن به‌طور نمایی با دما افزایش می‌یابد. اگر یک فرآیند بی‌اثرسازی مناسب در محیطی که DRI گرم وجود دارد به درستی کنترل نشود، به دلیل ماهیت آتش‌زای DRI، فرآیند خودسوزی می‌تواند رخ دهد. واکنش‌پذیری DRI عمدتاً به مورفولوژی آن مرتبط است. در واقع گندله‌های DRI فوق‌العاده متخلخل هستند. در نتیجه، این منافذ و سطح زیاد آنها، سرعت اکسید شدن نسبتا بالایی را ایجاد می‌کنند. در غیاب هرگونه پوشش و بی‌اثرسازی، شرایط اکسیدشدن مساعد است، بنابراین منجر به تبدیل برگشتی به اکسیدآهن و متعاقبا کاهش فلزی شدن آن می‌شود.

پارامترهای موثر بر واکنش‌پذیری

عوامل مؤثر بر واکنش‌پذیری گندله‌های DRI عبارتند از:

• دمای رآکتور: با افزایش دما (از ۷۵۰ به ℃۹۲۷) در محفظه واکنش، واکنش‌پذیری به دلیل واکنش‌های نرم‌کننده و تبلور مجدد کاهش می‌یابد که منجر به کاهش سطح واکنش می‌شود.
• منشا سنگ‌آهن (آلاینده‌ها و ساختار).
• سن: با افزایش سن گندله‌ها، واکنش‌پذیری کاهش می‌یابد (افزایش حالت اکسیدآهن).
• دمای محیط: واکنش‌پذیری با افزایش دمای محیط افزایش می‌یابد.