استخراج فلزات ۱
اسلاید 1: استخراج فلزات 1آمادهسازی بار
اسلاید 2: آگلومراسيون - مقدمه اهداف زير باعث پيشرفت توليد گندله و کلوخه شد:1- بهبود بخشيدن به احياپذيري و تنظيم ابعاد بار كورهها 2- مصرف ضايعات حاوی آهن 3- کاهش مواد فرار و رطوبت در بار كوره بلند4- مصرف كنستانترههاي نرم حاصل ازكانيهاي كم عيار و نرمه مهمترين روشهاي آگلومراسيون درصنعت فولاد ، كلوخه سازي وگندله سازي مي باشد.
اسلاید 3: مشخصات يك آگلومره مناسب براي كوره بلند (محور اصلی طراحی وکنترل عمليات): - حداقل حاوي 60 درصد آهن باشد - كمترين مقدار مواد نامناسب را داشته باشد کمترين مقدار ذرات كمتر از 6 و بزرگتر از 25 ميليمتر را داشته باشد. مقاومت كافي درمقابل نيروهاي وارده را داشته باشد. آگلومراسيون - مقدمه
اسلاید 4: فرآيندكلوخه سازي معمولاً درمحل كارخانة ذوب آهن تأسيس ميشود ، زيرا:1- مقاومت مكانيكي کلوخه در حمل و نقل کم است (هرچه به كوره بلند نزديكتر، بهتر)2- قسمتي از مواد خام مثل: نرمه كك و مواد آهندار دركارخانه ذوب آهن ايجاد ميشود. اين كارخانه را ميتوان به قسمتهاي زير تقسيم كرد: 1- تهيه و تعيين مقدارمواد خام (كنسانتره هاي آهن و سايرموادآهن دار ، كك وموادگدازآور). 2- مخلوط كردن مواد خام با نسبتهاي لازم 3-شارژ مواد به دستگاه كلوخه سازي با شرايط معين.4- مشتعل كردن . 5- عمليات كلوخه سازي. 6- آماده كردن كلوخه براي مصرف در كوره بلند (عمليات نهايي برروي كلوخه).7 - سيستم تخليه گاز هاي زائد . (شکل) کلوخه سازی
اسلاید 5: کلوخه سازی - نمايي از يك كارخانه كلوخه سازي
اسلاید 6: کلوخه سازی – مواد خام مواد اوليه مورد مصرف دركلوخه سازي را مي توان بصورت زير تقسيم نمود :1- مواد اولية آهندار شامل كانة آهن، پوستههاي نورد ، لجن صنعتي و غباركوره بلند 2- سوخت جامدشامل خرده كك ، ذغال چوب يا آنتراسيت و ... 3- فلاكس ها (کمک ذوب) شامل سنگ آهك ، سنگ منگنز و دولوميت. 4- برگشتيهاي كلوخه سازي
اسلاید 7: كانه آهن عيار سنگ آهن (مواد باطله ) مصرف كك و فلاکس در واحد كلوخه سازي حجم سرباره در کوره بلند افزايش عيار آهن در باركلوخه محدود مي باشد و براي برقراري تعادل بين سرباره و مذاب دركوره بلند نبايد بيش از 63 درصد شود. توليد يك آگلومره خوب بستگي مستقيم به نوع سنگ آهن مورد استفاده دارد ،لذا آشنايي كامل با مشخصات فيزيكي، مكانيكي و شيميايي كاني هاي آهن لازم است . کلوخه سازی – مواد خام
اسلاید 8: كانه آهن سنگ آهن (با عيار مناسب) پس از استخراج از معدن تحت فرآيندهاي دانه بندی مختلف قرار گيرد ولي در نهايت به سه گروه تقسيم ميشود :الف- اندازههاي بين 10 تا 30 ميليمتر :مستقيماً شارژ به كوره بلند ب- اندازههاي كمتر از 10 ميليمتر : كلوخه سازي ج-نرمه (کمتر از 100 ميکرون) : گندله سازی استفاده از سنگ معدن با ابعاد بزرگتربازده (نرخ توليد) كلوخه سازي ولي كيفيت كلوخه (جوش نخوردن دانههاي درشت)ذرات بسيار ريز (كمتر 100 ميكرون) كاهش نفوذ پذيري (مناسب نمي باشد ) کلوخه سازی – مواد خام
اسلاید 9: پوسته هاي نوردهنگام نوردكردن شمشهاي فولاد قسمت سطح آن در تماس با اكسيژن هوا كسيده ميشود وبصورت پوسته از شمش جدا ميشود. اين پوستهها اكسيد آهن هستند وماده اولية بسيار خوبي براي آگلومراسيون ميباشند ، زيرا تقريباً فاقد عناصر مضر مثل گوگرد و فسفر هستند. کلوخه سازی – مواد خام
اسلاید 10: کلوخه سازی – مواد خام گرد و غبار كوره بلندگازهاي متصاعد شده از دهانة كوره بلند ، بعلت فشارزيادي كه دارند ذرات ريز و پودري شكل را به خارج حمل ميكنند كه اين ذرات توسط دستگاههاي تصفيهكننده و رسوبدهنده متعدد از گاز جدا ميشوند. تركيب شيميايي تقريبي نمونه ای از گرد و غبار كوره بلند در جدول آمده است.
اسلاید 11: لجن صنعتي و اضافات صنايع توليد اسيدهاي گوگرديتعريف :مواد آهنداري كه از شستشوي دستگاهها، فيلترها و يا غبارگيري مرطوب بدست ميآيد، لجن صنعتي ناميده ميشود گاهي اوقات در آگلومراسيون، از پيريت (سولفورآهن ) حاصل از اضافات صنايع توليد اسيدهاي گوگردي استفاده ميكنند (بصورت نرمه بوده و حاوی حدود 40 يا 50 درصد آهن) در هنگام استفاده از پيريت در آگلومراسيون بايد حرارت حاصل از سوخت گوگرد (؟) را در نظر داشت و با توجه به آن درصد كك را تنظيم نمود. کلوخه سازی – مواد خام
اسلاید 12: فلاکسهای مورد استفاده در كلوخه سازي: 1- سنگ منگنز:منگنز در سنگ معدن بصورت اكسيد (درجات اكسيداسيون مختلف ) وجود دارد مواد موجود درسنگ معدن منگنز علاوه بر اکسيدهای منگنز، بيشترهماتيت و سيليس هستند و تا ميزان 1 درصد ممكن است اكسيد فسفر داشته باشد. اضافه كردن سنگ منگنز باعث تسهيل در تشكيل تركيبات سرباره اي مي شود. کلوخه سازی – مواد خام
اسلاید 13: فلاکسهای مورد استفاده در كلوخه سازي: کلوخه سازی – مواد خام 2- سنگ آهك:ماده اصلي تشكيل دهندة سنگ آهك، كربنات كلسيم است. سنگ آهكهاي دولوميت دار حدود 7 درصد اكسيد منيزيم دارند ناخالصيهاي عمده سنگ آهك عبارتند از: اكسيد آهن و سيليس وگاهي فسفر. سنگ آهك معمولاٌ 50 تا 56 درصد CaO دارد.
اسلاید 14: فلاکسهای مورد استفاده در كلوخه سازي: کلوخه سازی – مواد خام هدف از استفاده از سنگ آهك در بار كلوخه: سنگ آهك كمك ذوب مورد نياز كوره بلند است وبايد به ميزان 8 درصد در بار كوره بلند وجود داشته باشدمصرف سنگ آهك در بار كلوخه باعث ميشود كه آهك با دانه بندي كوچكتر و بطور پراكنده و همگن به كوره بلند شارژ شود = بازده بيشترواكنش تکليس سنگ آهك گرماگير بوده وبهتر است در خارج كوره بلند انجام شود .چنانچه سنگ آهك مستقيماً در كوره بلند مصرف شود، گازهای حاصل از تجزيه آن باعث افزايش حجم گازهاي خروجي از كوره شده، بازده حرارتي را پايين ميآورد وجود سنگ آهك در كلوخه باعث بهترشدن خاصيت احياشوندگي كلوخه مي شود (؟)
اسلاید 15: سوخت جامدميتوان از ذغال سنگهايي كه ككشو نيستند استفاده كرد.معمولاً از خردهريزههاي كك كه در ضمن آماده كردن كك كوره بلند ايجاد ميشود و قابل استفاده در كوره بلند نيست استفاده ميكنند. اين نوع كك را به اندازههاي تا 3 ميليمتر دانهبندي ميكنند (حداقل 90 درصد) و سپس به مقدار حدود 8-5 درصد با شارژ كلوخه سازي مخلوط ميكنند. ابعاد درشت تر كك :غير يكنواختي توزيع كك در بار بيشتر، ذوب موضعی بار و كاهش نفوذ پذيري آن کاهش ابعاد خرده كك استفاده شده : احتراق سريعتر ، ضخامت لايه كلوخه تشكيل شده کمتر و دماي حاصله بالاتر همچنين به دليل سرعت احتراق بالاتر و سريع سرد شدن فازمذاب، پيوندهاي تشكيل شده شكننده بوده و استحكام كلوخه توليدی کم. کلوخه سازی – مواد خام
اسلاید 16: سوخت جامدشكل: استفاده ازكك با ابعاد صفر تا يك ميليمتر باعث مي شود دما به 1400 درجه سانتيگراد و بالاتر برسد و زمان توقف بار كسري از دقيقه است درحاليكه درمورد ابعاد درشت تر ، دما به 1250 تا 1300 درجه سانتيگراد رسيده و زمان توقف بار 2 تا 3 دقيقه است . کلوخه سازی – مواد خام اگر توقف بار در دمای بالازياد باشد = افزايش بيش از حد استحکام کلوخه توليدی = کاهش احيا پذيری
اسلاید 17: سوخت جامدمقدار مصرف کک به عوامل زير بستگي دارد :1- مقدار رطوبت بار2- مقدار سنگ آهك و ديگر كربناتها و ؟3- مكانيزم مورد استفاده در كلوخه سازي (وجود يا عدم وجود سيستمهاي پيش گرمكردن بار يا دمش هواي گرم) کلوخه سازی – مواد خام
اسلاید 18: مواد برگشتي كلوخه سازي : کلوخه سازی – مواد خام افزايش مواد برگشتي (کلوخه با دانه بندی نامناسب) به مواد خام كلوخه سازي فوايد زير را دارد : 1- چنانچه اين مواد برگشتي يا مواد درگردش بصورت گرم همراه با مواد خام مصرف شود از مشكل شبنمزدن (مسئله شبنمزدن در بخشهاي بعد بررسي ميشود )جلوگيري ميكند .2- حضور مواد برگشتي به دليل تخلخل بالا نفوذپذيري بستر كلوخه را به مقدار زيادي افزايش ميدهد و لذا جريان هوا و گاز راحت تر از ميان قشر مواد كلوخه عبور مي نمايد در نتيجه بازده توليد بالا می رود.3- افزايش مواد برگشتي به بار كلوخه باعث بهبود رژيم حرارتي كلوخه سازي ميشود. زيرا:الف- داراي مواد گرماگير مثل كربناتها نيستند ب- چون قبلاً تحت عمليات كلوخه سازي قرار گرفتهاند واكنشهاي شيميايي قابل توجهي درآنها بوجود نميآيد . - اثر منفي (؟)
اسلاید 19: مواد برگشتي كلوخه سازي : کلوخه سازی – مواد خام - اثر منفي استفاده از مواد برگشتی اين است که هر چقدر مواد برگشتي بيشتر داشته باشيم، توليد مفيد سيستم كلوخه سازي كاهش مييابد. بنابراين درصد آن با توجه به شرايط بهينه می گردد.
اسلاید 20: سيليسدرسنگهاي معدني پرعيار (عيار آهن بالاتر از 60 درصد) مقدارمواد باطله كافي براي تشكيل سرباره وجود ندارد. وجود سرباره به مقدار 300-200 كيلو گرم به ازاي هر تن چدن اجتناب ناپذير است . سيليس يکی از عوامل تعيين كننده مقدار سرباره استكمبود سيليس يعنی کمبود فاز مذاب لازم با براي پيوند دانه ها در نتيجه کاهش مقاومت مكانيكي كلوخه کلوخه سازی – مواد خام
اسلاید 21: آلومين وجود اكسيد آلومينيم در سرباره (6-4 درصد) : افزايش سياليت سربارهاگر مقدار آلومين از 7-6 درصد در سرباره تجاوز كند ، اثرات نامطلوبي دارد و براي كنترل آن، مقدار اكسيد آلومينيم در كلوخه بايستي كمتر از 2 درصد باشد . کلوخه سازی – مواد خام
اسلاید 22: کلوخه سازی – مواد خام اكسيد منيزيم (محدوده بهينه مصرف: 3 تا 4 درصد): همراه با دولوميت وارد بار كلوخه سازي مي شود و اين اكسيد جانشين بخشي از سنگ آهك مصرفي مي گردد . افزايش سياليت سرباره کاهش دماي ذوب فازهاي مذاب درجريان كلوخه سازيجلوگيري از تشكيل ترکيب مضر سيليكات دي كلسيم با توليد سيليكاتهاي مضاعف كلسيم و منيزيم = افزايش استحكام و مقاومت مكانيكي كلوخه وزن مولكولي و چگالی كمتر نسبت به اكسيد كلسيم = صرفه جويي در مصرف سوخت کوره بلند (به ازای حجم معينی از سرباره)خاصيت بازي بيشتر نسبت به اكسيد كلسيم = بهبود تصفيه چدن (بخصوص گوگرد زدايي)
اسلاید 23: کلوخه سازی – مواد خام آبرطوبت مانع از ايجاد گرد وغبار می شود باعث افزايش نفوذ پذيري مي گردد(؟)
اسلاید 24: کلوخه سازی – آماده كردن اجزاء باركلوخه مراحل عمليات: دريافت مواد خام، انبار كردن، آسياب كردن، دانهبندي كردن، وزن كردن، مخلوط و متعادل كردن، رطوبتزدن، تعيين مشخصات نهايي فرآيند و شارژ به دستگاه ها (مرحله ای بسيار پرهزينه)مهمترين مساله در اين عمليات يکنواختی است که می بايست در مرحله دريافت مواد ( آزمايشات مختلف) ، انبار کردن ( دستگاه های همگن سازی و توده کردن منشوری لايه لايه) مورد توجه قرار گيرد
اسلاید 25: کلوخه سازی – شارژ به دستگاه کلوخه سازی شرايط عمليات: اولاً : قابل تنظيم با سرعت حركت بستر كلوخه باشد ( ضخامت معينی از مواد را روي بستر پخش نمايد). ثانياً: از جدايش مواد در اثرجدايش غلطشي جلوگيري نمايد ثالثا: بار به صورت متخلخل و غيرفشرده روي بستر شارژ شود. روش شارژ مواد :لايه اول : مواد برگشتی :محافظت شبكه در مقابل درجه حرارت ، عمل به عنوان يك فيلتر (نمي گذارد ذرات ريزمواد خام وارد شبكه شود و كار دستگاه تصفيه هوا را آسانتر می کند و؟). لايه دوم: مواد خام
اسلاید 26: کلوخه سازی – دستگاه های کلوخه سازی اولين دستگاه کلوخه سازی (1890): در اين دستگاه مواد بر روي بستري از ذغال گداخته بارگيري ميشد و از زير هوا دميده ميشد.
اسلاید 27: کلوخه سازی – دستگاه های کلوخه سازی روش دوايت لويد (فرايند كلوخه سازي مداوم) يك زنجير متحرك كه از تعدادي محفظه لبهدار با كف مشبك تشكيل شده است. اين محفظه هاي هاي بهم پيوسته در حال گردش بطور مداوم از زيرمحفظههاي بارگيري، احتراق و مكش ميگذرند و در انتهاي خط ضمن برگشت كلوخه هارا تخليه مينمايد.
اسلاید 28: کلوخه سازی – مشتعل کردن کلوخه براي شروع احتراق بايد در سطح بار، به ميزان 35 تا 40 هزار كيلو كالري (به ازاء يك تن کلوخه) حرارت ايجاد نمود (سيستمهاي احتراق: اتاقک احتراق و سيستم سوخت پاش يا مشعل) كربن موجود در سطح بار به نقطة اشتعال می رسد و ايجاد يك جبهة احتراق می نمايد كه بتدريج با مكش هوا اين جبهه نيز بطرف پايين ميرود . ايجاد يك جبهة احتراق كامل، يكنواخت و سريع ضروري است اما بالارفتن زياد درجه حرارت در سطح بار باعث ايجاد سربارة مذاب مي شود كه كاهش نفوذپذيري و پايينآمدن بازده را بدنبال دارد.
اسلاید 29: کلوخه سازی – مشتعل کردن کلوخه پيش گرم کردن بار کلوخه سازی:پيشگرمكردن باعث افزايش قابل ملاحظه بازده كلوخه سازي ميشود (؟). پيشگرم کردن از شبنم زدن بار جلوگيری می کند دركارخانههايي كه بخاريا هواي گرم به مقدار اضافي و با فشار كم موجود باشد ميتوان از آن براي پيشگرم كردن در مرحله مخلوط كننده استفاده كرد افزايش نرمههاي برگشتي كلوخه بصورت گرم به شارژ نيز يكي از راههاي پيشگرم كردن است.
اسلاید 30: کلوخه سازی – فعل و انفعالات شيميايي در كلوخه سازي انواع واکنشهای شيميايي که ممکن است در کلوخه سازی انجام گيرد(تحت اتمسفر و رژيم حرارتي خاص):الف- تجزيه هيدراتها و تبخير رطوبت اضافي ب- تجزيه كربناتهاج- تجزيه اكسيد فلزات و فعل و انفعالات اكسيداسيون و احياءد- حذف عناصر زائد يا مضره- تشكيل فازهاي مختلفعمده تغييرات شيميايي در ناحيه احتراق و پيشگرم رخ مي دهد .
اسلاید 31: کلوخه سازی – فعل و انفعالات شيميايي در كلوخه سازي تجزيه هيدراتها و تبخير رطوبترطوبت آزاد سطحي (بيش از 90 درصد از رطوبت): دماهاي بالاتر از 100 درجه سانتيگراد بسرعت تبخير ميشود.آب تبلور : در دماي حدود 1000 درجه سانتيگرادخارج مي شود . پديده شبنم زدن: افزايش ناگهانی رطوبت مواد خام در مجاورت منطقه خشک کردن بار: با عبور بخار آب ناشی از منطقه خشک کردن از لايه های مواد خام با دمای محيط پديده تقطير و ايجاد قطرات آب بر روی سطح ذرات(شبنم زدن) می گردد بنابراين مقدار رطوبت بطور ناخواسته در لايه هاي پايين افزايش مييابد. روش جلوگيری ؟
اسلاید 32: کلوخه سازی – فعل و انفعالات شيميايي در كلوخه سازي تجزيه كربناتها سنگ آهك ، كربنات منيزيم و سيدريت موجود در بار كلوخه سازي، در واكنشهاي گرماگير تجزيه ميشوند.(ترموديناميک واکنشها وابسته: به فشارجزئی تعادلی گاز دی اکسيد کربن، اکتيويته مواد شرکت کننده و محصولات واکنش و همچنين دما است). از لحاظ سينتيکی سرعت پيشرفت تجزيه کربناتها بوسيله نفوذ حرارتي كنترل ميشود و لذا به درجه حرارت و سطح آزاد بستگي دارد . رژيم حرارتی و ترکيب شيميايي گاز در تماس با بستر را بايد طوری تنظيم نمود که تجزيه کربنات ها در ناحيه پيشگرم شروع شده و در مرحله احتراق کامل شود، همچنين امکان تشکيل ترکيباتی مانند : سيليكات يا فريت كلسيم بايد بررسی و کنترل شود (؟) اگر سينتيک واکنش کند باشد و مقاديری CaO پس از منطقه احتراق بدون واکنش باقی بماند: امکان جذب رطوبت شديد توسط آهک (CaO) و از هم پاشيدن محصول کلوخه سازی وجود دارد(؟)
اسلاید 33: کلوخه سازی – فعل و انفعالات شيميايي در كلوخه سازي اكسيداسيون و احياءتجزيه اكسيد فلزات موجود دربار كلوخه سازي در اثرحرارت زماني رخ مي دهد كه فشار جزيي اكسيژن در تعادل با اکسيد از فشار جزيي اكسيژن محيط بيشتر باشد (بيش از 0.2اتمسفر) بر اساس نتايج تجربی فقط هماتيت و برخی اکسيدهای منگنز امکان احيا در شرايط کلوخه سازی را دارند.به دليل حضور کک و کم بودن اکسيژن در لايه های پايينی امکان توليد مونوکسيد کربن و انجام احيا توسط آن وجود دارد، ميزان پيشرفت اين دسته از واکنشهای احيا وابسته به مقدار کک مصرفی (موجود) می باشند.تاثير درصد مصرف كربن (کک)بر ترکيب شيميايي پس ازپخت كلوخه
اسلاید 34: کلوخه سازی – فعل و انفعالات شيميايي در كلوخه سازي حذف عناصر زائد و مضرحذف گوگرد (غالباً بصورت پيريت ): طی واکنش های تشويه در دمای 500 درجه سانتيگراد و در منطقه احتراق انجام می شود.( از لحاظ ترموديناميکی حذف گوگرد بصورت 2SO در محيط اكسيدي كلوخه سازي بهتر از محيط احيايي كوره بلند انجام ميشود)حدف ارسنيک (بصورت ارسنو پيريت ، ارسنات آهن يا سولفيد ارسنيك): دراتمسفراكسيد كننده دردماي حدود500 درجه سانتيگراد ، آرسنيك بصورت واكنش زير اكسيد ميشود: :
اسلاید 35: کلوخه سازی – فعل و انفعالات شيميايي در كلوخه سازي حذف عناصر زائد و مضرسرب و روي (به صورت سولفيد): در دماي حدود 400 درجه سانتيگراد تشويه وبصورت اکسيد در ميآيد.سرب وروي در چدن حل نمي شوند( عدم کاهش كيفيت چدن) ولي بر روي منافذ نسوزهاي كوره بلند رسوب كرده وباعث خرابي آجرها ميشوند.فسفردر جريان عمليات كلوخه سازي حذف نميشود
اسلاید 36: کلوخه سازی – فعل وانفعالات شيميايي بين مواد وتشكيل فازهاي مختلففعل و انفعالات شيميايي و تشکيل فازهای مختلف:مواد اصلي كه در بار كلوخه ميتوانند با يكديگر واکنش دهند (بجز واکنشهاي مربوط به تجزيه كربناتها و اكسيداسيون واحياء و حذف عناصر زائد) عبارتند از:اين واکنش ها عموما در فاز جامد انجام می شوند (جنبه های سينتيکی)اولين محصول آهک و سيليس در 690 درجه سانتيگراد سيليکات دی کلسيم است آهک با هماتيت در دمای 1100 درجه سانتيگراد فريت کلسيم می دهد( به مقدار بيشتر از سيليکات دی کلسيم)هماتيت يا مگنتيت در محيط احيايي فايالايت توليد می کنند.
اسلاید 37: کلوخه سازی – فعل وانفعالات شيميايي بين مواد وتشكيل فازهاي مختلفمقدار و نوع ترکيبات توليد شده در حين کلوخه سازی بستگی :1- به بازيسيته (نسبت آهک به سيليس) 2- پتانسيل احيايي موجود دارد .
اسلاید 38: کلوخه سازی – مراحل تکميلی خرد كردن كلوخه( توسط سنگ شکن : 80 تا 90 درصد ذرات زير 100 ميليمتر)سرند كردن در حالت گرم (حذف ذرات كمتر از 3 ميليمتر، افزايش تخلخل در مرحلة سردكردن و تهيه مقداري برگشتي گرم)سرد كردن (از دمای 600 تا 700 درجه توسط آب يا هوا)دانهبندي نهايي (15 تا 25 ميليمتر به عنوان محافظ بستر، دانه بندی برای کوره بلند با اندازه کمتر از 50 ميليمتر )
اسلاید 39: کلوخه سازی – پارامترهای موثر بر کلوخه سازی: تعيين چگونگی تاثير گذاری و بهينه سازی پارامترهای كلوخه سازي موثر بر بازده و كيفيت كلوخه عبارتند از :1- نفوذپذيري باركلوخه سازي 2- اندازه و دانهبندي بار 3- همگني بار 4- درصد رطوبت 5- ميزان بار برگشتي 6- درجه حرارت بار قبل از شارژ 7- ضخامت بستر يا شارژ بستر كلوخه سازي 8- ميزان مكش و جريان هوا(متر مكعب در دقيقه) 9- سرعت قائم پخت 10- سرعت حركت زنجير يا بستر كلوخه سازي 11- بازده ماشين كلوخه سازي 12- كنترل مقدارFeO
اسلاید 40: THANK YOU FOR YOUR ATTENTION
نقد و بررسی ها
هیچ نظری برای این پاورپوینت نوشته نشده است.