کوره بلند

کوره بلند ، قدیمی ترین روش جهت استخراج آهن

کوره بلند یکی از مهم ترین کوره های مورد استفاده در صنایع متالورژی و فولاد سازی است. ذوب مواد در این کوره در حجم بسیار بالا و به صورت پیوسته صورت می گیرد. (با کلیک روی لینک در مورد ریخته گری پیوسته بیشتر بخوانید.) ماده مورد استفاده برای تامین انرژی در این کوره ها کک است. ساختار کوره، ماده تامین کننده انرژی و فرایندهایی که در این کوره انجام می شود از اهمیت بالایی برخوردار است. . در این مقاله به بررسی کوره بلند و فرایندهای صورت گرفته در این کوره می پردازیم.

از زمان‌های دور همواره کربن جامد عامل احیای آهن و تبدیل اکسید آهن به آهن فلزی بوده است. در گذشته کربن به صورت ذغال چوب مورد استفاده قرار می گرفت و با پیشرفت علم کک جایگزین آن شد. کک ماده ای است که از تقطیر بدون هوا و بسیار آهسته ذغال‌ سنگ تشکیل شده و در کوره بلند تولید آهن مورد استفاده قرار می‌گیرد. پیشرفته‌ترین روش تولید آهن مبتنی بر کربن جامد در کوره های موسوم به کوره بلند رخ می‌دهد. در کوره بلند سنگ معدن آهن کلوخه شده و به همراه آهک (در نقش فلاکس) و کک (به عنوان عامل احیا) از بالای کوره وارد شده و کک با دمش هوا و اکسیژن سوخته و گرمای لازم جهت ذوب کردن آهن و احیای آن تامین می‌شود. پس از آن آهن احیا شده که اصطلاحا چدن خام (Pig Iron) با کربن بسیار بالا و خلوص آهن حدود 95% به صورت مذاب از پایین و گاز CO و CO2 از بالای کوره خارج می‌شود. طبیعتا چدن خام قابلیت استفاده و تبدیل به محصول را نداشته و می بایست مراحل فولادسازی بر روی آن صورت بگیرد. در کانورتورهای فولاد سازی ناخالصی‌های مضر (مانند گوگرد، فسفر و …) و کربن آن با دمش اکسیژن به مذاب کاهش یافته و عیار آهن تا 99 درصد بالا می‌رود. مذاب فولاد خام (Crude Steel) به صورت شمش ، بیلت یا بلوم ریخته می‌شود. (با کلیک روی لینک در مورد آهن اسفنجی بیشتر بخوانید.)

پیش از مطالعه در خصوص کوره بلند یک ویدئوی کوتاه از یکی از بزرگترین کوره بلندهای دنیا تماشا کنید:

 

ساختار کوره بلند

کوره بلند از دو مخلوط ناقص تشکیل شده است که در قاعده بزرگ با هم مشترکند . جدار خارجی کوره را از صفحات فولادی درست می کنند و قسمت داخلی آن را با لایه ای از مواد نسوز می پوشانند . برای خنک کردن کوره، معمولا از جریان آبی که در بین دیواره کوره وجود دارد استفاده می شود. کوره های بلند را به ارتفاع 30 تا 80 متر می سازند و در بزرگترین قسمت، قطری از 10 تا 14 متر دارند. قسمت تحتانی کوره ، استوانه ای شکل و به بوته معروف است ؛ در این محل مواد مذاب و سرباره جمع می شود . بوته معمولا دارای دو محل خروجی است که یکی در بالا ، برای خروج سرباره و دیگری در قسمت پایین ، برای خروج آهن خام مذاب در نظر گرفته شده است.

ساختار کوره بلند
ساختار کوره بلند

در پیرامون قسمت بالای بوته، شیپورک‌هایی وجود دارند که هوای گرم ( در حدود 800 تا 1200 درجه سانتی گراد) مورد نیاز برای احتراق کک، به داخل کوره دمیده می شود.

شیپورک دمنده هوا در کوره بلند
شیپورک دمنده هوا در کوره بلند

سوخت کوره بلند، کک

در کوره بلند ، برای ذوب و تصفیه ، نیاز به سوختی است که علاوه بر تامین حرارت لازم ، بتواند کربن مورد نیاز برای احیا اکسید آهن را نیز در اختیار بگذارد . این سوخت ها می باید ارزش حرارتی زیادی داشته باشد و در ضمن سوختن به هم نچسبد و برای این که بتواند گازها را از بین خود عبور دهد و عمل احتراق را تسهیل کند ، بهتر است که متخلخل نیز باشد . برای این منظور از کک استفاده می کنند که علاوه بر مزایای فوق استحکام زیادی دارد و خاکستر کمی نیز (کمتر از 11درصد) از خود به جای می گذارد . کک مصرفی کارخانه ذوب آهن ایران مرغوبیت چندانی نداشته و1درصد گوگرد ، 3درصد رطوبت، 15درصد خاکستر و فقط 81 درصد کربن دارد . ذغال سنگ مصرفی برای تهیه کک از معادن سنگرود ، زیر آب ، شاهرود و کرمان استخراج و به وسیله قطار به اصفهان حمل می شود.

بار کردن کوره بلند

پس از آماده کردن سنگ آهن ، کلوخه ، کک و آهک ، آنها را با نسبت های معینی ، به صورت لایه لایه از بالای کوره به داخل آن می ریزند . وجود پخش کن مخروطی شکل که در زیر قیف وجود دارد باعث می شود که مواد به صورت یکنواخت در داخل کوره پخش شوند و در آن انباشته نشوند . در برخی کوره های بلند از کلوخه هایی که قبلا با کک و آهک و سایر فلاکس‌ها با نسبت های معینی مخلوط شده اند ، به همراه کک اضافی ، استفاده می شود . نسبت هر یک از مواد ریخته شده در کوره بلند به نوع و جنس سنگ آهن ، کلوخه و مواد سیاله و گدازه‌آور بستگی دارد.

شارژ کردن کوره بلند
شارژ کردن کوره بلند

عملیات احیا

عملیات ذوب و احیا سنگ آهن در داخل کوره بلند در چهار منطقه به شرح زیر انجام می گردد:

1-منطقه خشک کردن:

این منطقه که در قسمت بالای کوره قرار دارد منطقه ای است که درجه حرارت آن تقریبا 300 درجه سانتی گراد است. در این منطقه عبور گازهای گرم باعث افزایش درجه حرارت مواد ریخته شده به داخل کوره می شود و رطوبت آن را نیز تبخیر می کند.

2-منطقه احیاء (احیای غیر مستقیم):

در این منطقه با افزایش درجه حرارت ، کک و مواد سیاله و گدازآور شروع به تاثیر می کند و گاز منو اکسید کربن متصاعد شده از طریق احتراق ناقص کک ، بر روی اکسید آهن اثر و آن را در چند مرحله احیا می کند. در این منطقه اشکال مختلف اکسید آهن در واکنش با گاز مونو اکسید کربن به یکدیگر تبدیل شده (به ترتیب Fe2O3، Fe3O4 ، FeO ) و در نهایت آهن فلزی (Fe) تشکیل می‌شود.

3-منطقه کربنیزه شدن :

در این منطقه که درجه حرارت آن حدود1000درجه سانتی گراد است، آهن خالصی که از احیای سنگ آهن حاصل شده است، ضمن فرود به سمت پایین کوره ، با کک گداخته برخورد می کند و با کربن موجود در آن ترکیب می شود. باید توجه داشت که در این مرحله سیلسیم ، گوگرد ، منگنز و فسفر نیز به همراه اکسید آهن به سمت پایین حرکت می کنند. که بخشی از آن با اکسید آهن مخلوط می‌گردد.

4-منطقه ذوب (احیای مستقیم) :

در این مرحله ترکیبات ذوب شده به سمت پایین حرکت می کنند و چون تمام اکسیدهای آهن در قسمت های بالا فرصت کافی برای احیاء شدن را پیدا نمی کنند؛ باقی مانده آن‌ها در این مرحله، به وسیله ی کربن جامد احیاء می شود. این عمل در درجه حرارت بین 1200 تا 1400 درجه سانتی گراد انجام می‌گیرد. شکل زیر فعل و انفعالات داخل کوره بلند را نشان می دهد.

مسیر احیا در کوره بلند

مسیر احیا در کوره بلند

5-بوته:

پس از مناطق گفته شده، بوته قرار دارد که آهن مذاب در آن جمع می شود و مضافات آن ، به علت داشتن وزن مخصوص کمتر ، به صورت سرباره در بالای آن قرار می گیرد. حال می توان سرباره را در محل خروجی که در قسمت بالای بوته قرار دارد خارج کرد و سپس از سوراخ زیر بوته ، مواد مذاب را که آهن یا چدن خام (Pig Iron) نامیده می شود خارج نمود. عمل تخلیه آهن خام را در هر4 تا 5 ساعت یکبار انجام می دهند و به همان نسبت بار کوره را از بالا به آن اضافه می کنند به این ترتیب کار کوره بلند مداوم است و در تمام 24ساعت شبانه روز عملیات فوق در آن انجام می گیرد.

محصولات کوره بلند

محصولات اصلی کوره بلند را آهن خام می نامند . اهن خام دارای 3 تا 4درصد کربن و نقطه ذوب آن در حدود 1300درجه سانتی گراد است . این محصول به دلیل شکنندگی زیاد و ناخالصی های فراوان نمی توان در صنعت مورد استفاده قرار داد . با تنظیم درجه حرارت کوره بلند و کنترل مقدار سیلسیم و منگنز موجود در آن می توان دو نوع آهن خام به دست آورد که به نام های آهن خام سفید و آهن خام خاکستری معروفند .

1-آهن خام سفید :

آهن خام سفید دارای 3/5 تا 4 درصد کربن، 0/1 تا 0/2 درصد سیلسیم ، 1 تا 4 درصد منگنز، 0/3 درصد فسفر و 0/04 درصد گوگرد است. در این محصول منگنز نقش عمده ای را بازی می کند و باعث می شود که آهن با کربن ، به صورت کاربید آهن در آن باقی بماند . به دلیل وجود منگنز و کاربید آهن ، مقطع شکسته این آهن خام ، رنگ سفید و درخشان دارد . آهن خام سفید را پس از خروج از کوره بلند به داخل مخلوط کننده هایی که وظیفه همگن کردن آهن خام را به عهده دارند می ریزند و سپس آن را به صورت مذاب به وسیله پاتیل و یا سرد شده به شکل بلوک ، برای تهیه انواع فولادها و چدن های مخصوص به کارگاه های فولادسازی حمل می‌کنند.

حمل پاتیل مذاب برای فولادسازی

حمل پاتیل مذاب برای فولادسازی

2-آهن خام خاکستری :

این محصول دارای 3/5 تا 4درصد کربن، 1/5 تا 3درصد سیلسیم، 0/3 تا 2 درصد فسفر، 1درصد منگنز و 0/6 درصد گوگرد است . وجود سیلسیم زیاد در آهن خام خاکستری باعث می شود که در هنگام سرد شدن ، کربن از کاربید آهن جدا و به صورت گرافیت مطبق در محصول ظاهر می شود . آهن خام خاکستری شکننده است و مقطع شکسته آن رنگ خاکستری دارد . از آهن خام خاکستری به دلیل قابلیت ریخته گری خوبی که دارد برای تهیه انواع چدن ها استفاده می کنند. آهن خام خاکستری مذاب را پس از خروج از کوره مذاب آهن ، به داخل حوضچه هایی هدایت می کنند که در کف کارگاه و از ماسه ساخته شده اند . پس از سرد شدن ، آهن خام به صورت شمش هایی با مقطع ذوزنقه شکل در می آید که آنها را در اصطلاح ((ماسل)) گویند.

3-سرباره :

از ذوب اکسید ناخالصی ها و مواد گدازآور و خاکستر کک ، سرباره تشکیل می شود . معمولا حجم سربارهای که از کوره ی بلند به دست می آید سه برابر حجم آهن خام تولیدی است . از سرباره برای تهیه آجرهای نسوز ، سیمان ، عایق حرارتی ، کود شیمیایی و زیرسازی جاده ها استفاده می کنند.

4-گاز کوره بلند:

این گاز مخلوطی از گازهای مختلف مانند دی اکسید کربن ، منواکسید کربن ، متان ، هیدروژن و ازت است که در هنگام خروج از کوره بلند ، ذرات معلقی نیز به همراه دارد . گاز خروجی از کوره بلند را پس از عبور دادن از غبارگیر و برج شستشودهنده و فیلترهای الکترواستاتیکی برای مصارف حرارتی مانند گرم کردن هوا ، گرم کردن کوره بلند ، کک سازی ، کلوخه سازی ، توربین های گازی ، دیگ بخار و در منازل به کار می برند.

فلوچارت کوره بلند

فلوچارت کوره بلندفولاد پس از ذوب در کوره به صورت شمش، بیلت یا اسلب ریخته گری می شود. (در مورد تفاوت شمش، بیلت و بلوم بیشتر بخوانید.) سپس با انجام فرایندهای ثانویه مانند نورد، ماشینکاری و جوشکاری به اشکال دیگر در می آید. برای اطلاع از قیمت ورق ، قیمت لوله، نبشی و سایر مقاطع فولادی با کارشناسان آیرومارت تماس حاصل فرمائید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *