روش های تولید آهن و فولاد

روش های تولید آهن و فولاد

اسلاید 1: توليد آهن

اسلاید 2: روشهای توليد آهن و فولاد عامل احيا کننده: کک تهيه شده از زغال سنگ کک شو(کک در کوره بلند می سوزد و ايجاد حرارت و گاز احيا کننده می کند) محصول : چدن (آهن خام مذاب) فولاد سازی: با دمش اکسيژن و عموما اکسيداسيون ناخالصيها در کنورتور ويژگيها:1- هزينه سر مايه گذاری بالا (واحدهای بزرگ با 3 ميليون تن ظرفيت در سال)2- وابستگی به زغالسنگ کک شو3- آلودگي محيط زيست (عمدتا ناشی از واحد های کک سازی) 1-روش کوره بلند- کنورتورCoke Oven-Blast Furnace- Basic Oxygen Furnace

اسلاید 3: روشهای توليد آهن و فولاد احيا در دمايي کمتر از دمای ذوب و توليد آهن اسفنجی  فولاد سازی: در کوره قوس الکتريکی ويژگيها:1- احيا در حالت جامد و دمای کمتر2- امکان ساخت واحد های کوچک(400 هزارتن يا يک ميليون تن) يا تعدادی مدول احيا به صورت موازی3- عدم وابستگی به زغاسنگ کک شو (امکان استفاده از گاز طبيعی و زغالسنگ معمولی)4- امکان استفاده از DRI به جای قراضه و اجتناب از مشکلات تهيه و مصرف قراضه 2- احيا مستقيم – کوره قوس الکتريکیDirect Reduction- Electrical Arc Furnace

اسلاید 4:

اسلاید 5: كاني‌هاي آهنكاني‌هاي آهن )از نظر تركيب شيميايي( : شامل اكسيدها ، كربناتها ، سيلكاتها وسولفيدها (جدول). كاني‌هاي حاوی آهن بسيار متنوعند ولي فقط تعداد محدودي از آنها ارزش اقتصادي دارند و كانه آهن محسوب مي‌شوند (جدول ).

اسلاید 6:

اسلاید 7: كاني‌هاي آهنفقط كانيهاي اكسيدي ، اكسيدهاي آبدار وسيدريت بعنوان ماده اوليه توليدآهن و فولاد اهميت دارند . با انجام عمليات تشويه مناسب برروي كانيهاي سولفيدي آهن وحذف گوگرد، ازآنهادرتوليد آهن استفاده مي كنند.EX. : MS+ O2= MO+0.5 SO2

اسلاید 8: ساختمان و تركيب اكسيدهاي آهن سه نوع اكسيد آهن به نام‌هاي هماتيت ، مگنتيت و وستيت شناسايي شده است. شكل: نمودارتعادلي آهن – اكسيژن كه محدوده پايداري اين اكسيدها را دردماها و درصدهاي اتمی مختلف اكسيژن در فشار كل يك اتمسفر

اسلاید 9: وستيت (Wustite) درطبيعت وجود ندارد و کاني طبيعی آهن نيست اماچون درمراحل نهايي احياء آهن تشكيل می شود شناخت خصوصيات آن براي درك درست فرآينداحياء لازم است.اگرچه اغلب فرمول شيميايي اين اكسيد را بصورت FeO مي‌نويسند ولي در واقع مقدار اكسيژن وستيت هميشه بيش از مقدار استوكيومتري است در نتيجه فرمول شيميايي آن رامي‌توان بصورت نوشت.مقدار X در فرمول شيميايي وستيت برحسب شرايط (مثلاً درجه حرارت) درصد تغيير مي كند .شبكة كريستالي وستيت مكعبي (شبكه آن مانند شبكه كلريد سديم است) مي‌باشد كه در آن شبكه آهن ناقص بوده و جاهاي خالي در شبكه وجود دارد (آيا وستيت يونی است؟).

اسلاید 10: وستيت (Wustite) جهت خنثي شدن شبكه لازم است به ازاء هرجاي خالي آهن دوظرفيتي ، دو يون آهن سه ظرفيتي درشبكه وجود داشته باشد.

اسلاید 11: مگنتيت Magnetiteفرمول شيميايي مگنتيت Fe3O4است .خاصيت مغناطيسي قوي اين كانه باعث مي‌شود كه بتوان آن را به روش جداكننده مغناطيسي ازموادباطله جدا کرد (مشکل ؟)مگنتيت داراي شبكه كريستالي مكعبي با آهن دو و سه ظرفيتي است كه فرمول آنرا مي‌توان بصورتFeO.Fe2O3 نوشت.شبكة مگنتيت بسيارمتراكم مي‌باشد اما مانند شبكة وستيت ممكن است درآن جاهاي خالي ديده شود. دردماي بالاتر از800 درجه سانتيگراد جاهاي خالي آهن در شبكه ‌مگنتيت بوجود مي‌آيد كه با افزايش درجه حرارت زيادمي‌شود درنتيجه درصد اكسيژن در آن بالا مي‌رود.(اما نه به شدت وستيت- نمودار فازی)

اسلاید 12: هماتيت Hematite فرمول شيميايي هماتيت Fe2O3است. هماتيت پايدار داراي شبكه كريستالي هگزا گونال بوده و خاصيت مغناطيسي ندارد.

اسلاید 13: ايلمنيت FeTiO3اگرچه اين كانه بيشتر به عنوان يك منبع تيتانيم دار شناخته مي‌شود ولي مي توان آهن آن را به عنوان محصول جنبي بازيابي کرد .

اسلاید 14: كانه هاي آبدارآهن (آكسيدهاي آبدار)اكسيدهاي آبدار منابع قابل توجهي از آهن را دردنيا تشكيل مي‌دهند.ازاين گروه گوتيت و ليمونيت رامي‌توان نام برد .كاني هاي آبدارآهن دراثرحرارت آب خودرا ازدست داده و ذراتي متخلخل با احيا پذيري عالي را تشكيل مي دهند .

اسلاید 15: كانه‌هاي كربناتيسنگ معدن سيدريت مقاديرمتنوعي تركيبات كلسيم ، منيزيم و منگنز داردكه اين مواد بر ارزش آن مي‌افزايد (مواد همراه آن در پروسه های متالوژيکی استخراج مفيد هستند مثلا دمای ذوب راپايين می آورند و اصطلاحا خود گداز هستند) كانه‌هاي كربناتي آهن را معمولاً قبل از مصرف، درمعدن تكليس مي‌كنند.•فوايد تکليس کانه های کربناتی :1. حذف گاز دي اكسيد كربن 2. كاهش وزن ( كم شدن مخارج حمل و نقل)3. افزايش احياءپذيري ( ايجاد تخلخل)

اسلاید 16: سيلكاتهای آهناستخراج آهن از اين ترکيبات به دليل مشکلات فنی موجود اقتصادی نمی باشد.به طور مثال فايالايت

اسلاید 17: سولفورهاي آهنمهمترين سولفورهای آهن عبارتند از: پيريت ، پيروتيت و ماركازيت . پيريت، ممكن است همراه با مس، نيكل، روي، طلا و نقره باشد . سولفورهاي آهن به منظور استخراج گوگرد يا فلزات گرانبهايي كه همراه آن است مورد بهره‌برداري قرار مي‌گيرد و آهن آن بعنوان يك محصول جنبي پس از تشويه استخراج مي شود . پيروتيت كانه سولفيدي ديگري است كه مانند وستيت كمبود آهن دارد . پيروتيت مانند مگنتيت ، خاصيت مغناطيسي دارد. کانی های سولفيدی پس از تشويه توليد اکسيد در صنايع توليد آهن قابل استفاده اند.

اسلاید 18: ارزش كانه‌هاي آهن و عوامل موثر بر آن مهمترين عوامل تعيين كننده ارزش‌ كانه‌هاي آهن عبارتنداز: ابعادسنگ آهن و قابليت خردشدن سنگ آهنقابليت پرعيارشدنعيار كانه آهنبازيسيته نوع و مقدارناخالصيهارطوبت و آب تبلور

اسلاید 19: خواص شيميايي تعيين كننده ارزش كانه‌هاي آهن ناخالصي‌هاي همراه كانه، مهم‌ترين اثر را بر روي قيمت و ارزش كانه دارند . ناخالصي‌ها بر اساس رفتار در شرايط احيايي کوره بر سه دسته اند :1. ناخالصي‌هايي در کوره بلند احيا نمی شوند و تاثيري در تركيب شيميايي محصول ندارند2. ناخالصي‌هايي كه ممكن است قسمتي از آنها احيا شده و وارد چدن شود.3. ناخالصي‌هايي که همواره دركوره بلند احياء شده و در آهن حل می شوند.

اسلاید 20: ناخالصي‌ها•حد مجاز ناخالصي‌ها بستگي به :1. مقدار كل ناخالصي‌هاي درون بار فلزي (كانه آهن) 2. ناخالصي‌هاي درون كك ، مواد گدازآور، قراضه3. خصوصيات محصول نهايي 4. روش استفاده شده براي توليد آهن و فولاد

اسلاید 21: عيارگيری كاني هاي آهنعيار آهن كل : شامل كل آهن موجود در كاني صرف نظر از حالت آن، شامل آهن کاني¬های سيليکاتي، اكسيدها، سولفيدها و همه تركيبات آهن به علاوه آهن آزاد فلزي.عيار آهن مغناطيسی : شامل آهن در Fe3O4 و پيروتيت ، به علاوه آهن آزاد فلزي.عيار آهن محلول در اسيد : آهن محلول در HCl، آهن کل به غير از آهن کانيهای سيليکاتي

اسلاید 22: درجه احيا•يك كاني كه تنها شامل Fe2O3( فقط شامل آهن سه ظرفيتي ) باشد، داراي درجه احياء، صفر مي باشد. در اين كاني نسبت درصد وزني O به درصد وزني Fe برابر 0.4297 است. •درجه احيا براي آهن آزاد فلزي، 100% تعريف شده است. •براي يك كاني كه به صورت جزئي احيا شده است ( كه ممكن است شامل مقداري وستيت باشد ) درجه احيا به اين صورت تعريف مي شود :درجه احيا ={[0.4297 - (Oدرصد وزني ) / (Feدرصد وزني )] /0.4297 }(and a simple relation)

اسلاید 23: درجه احيا•براي يك كاني كه به صورت جزئي احيا شده است ( كه ممكن است شامل مقداري وستيت باشد ) درجه احيا به اين صورت تعريف مي شود :درجه احيا ={[0.4297 - (Oدرصد وزني ) / (Feدرصد وزني )] /0.4297 }درجه احيا =اکسيژن حذف شده در روند احيا)/* (اکسيژن اوليه100درجه فلز شدگی محصول =آهن فلزی)/* (کل آهن موجود در آهن اسفنجی100

اسلاید 24: THANK YOU FOR YOUR ATTENTION