سینتیک تولید آهن

سینتیک تولید آهن

اسلاید 1: مباحثی در سينتيک تولید آهن

اسلاید 2: ترموديناميك توانايي پيش‌بيني حالت تعادل يك واكنش را دارد اما قادر به بحث در مورد سرعت و چگونگي انجام واكنش نيست. سينتيک سرعت و چگونگی انجام واکنش و روند تاثير پذيری آن از عوامل مختلف مانند دما و غلظت را مورد بررسی قرار می دهد. سرعت نهايي توليد( به عنوان اصلي ترين عامل اقتصادي وتعيين كننده قابليت رقابتي روش) به سرعت احياي كانه آهن وابسته است. مقدمه

اسلاید 3: واكنش هاي شيميايي عمدتا به دو دسته تقسيم بندي مي شوند:1- واكنش هاي همگن كه شامل يك فاز هستند.2- واكنش هاي ناهمگن كه داراي دو يا چند فاز مي باشند.احياي هماتيت با گازهاي احيا كننده مثالي از سيستم ناهمگن است كه داراي 5 فاز مي باشد:گاز، آهن فلزي، هماتيت، مگنتيت و در دماهاي بالاتر از ‍ 570 سانتيگراد، وستيت. فازهای جامد و گاز در اين سيستم به وسيله يك مرز از هم جدا شده اند‌.‌ سرعت واقعي واكنش های شيميايي و توليد نسبتا يا به طور كامل وابسته به واكنش انجام شده در اين مرز مي باشد .تعاريف

اسلاید 4: سرعت واکنش : عبارت« سرعت » تعريفي كمي از سرعت واكنش هاي شيميايي ارائه مي دهد و ارتباطي كمي بين سرعت واكنش ها و ويژگي هاي سيستم را برقرار مي سازد.(چگونگی تاثير پذيری سرعت از عواملی چون غلظتها و دما در عبارت بيان کننده سرعت لحاظ می گردد.) سرعت واكنش همگن : تعداد مولكول هايي كه در واحد زمان و در واحد حجم، در حال تبديل شيميايي (انجام واکنش) خاصي هستند. تفاوت تعريف سرعت واكنش هاي ناهمگن با واکنشهای همگن: به جاي « واحد حجم » از «واحد سطح» استفاده مي شود.مانند اكثر فرآيند هاي متالورژيكي، احياي اكسيد‌هاي آهن به دسته واكنش هاي ناهمگن تعلق دارند. اين فرآيند شامل پنج دسته فاز های جامد و گاز است كه به وسيله يك مرز از هم جدا شده اند‌.‌ سرعت واقعي واكنش شيميايي نسبتا يا به طور كامل وابسته به اين واكنش مرزی روی Reaction sites است.تعاريف

اسلاید 5: كنترل سرعت- كند ترين مرحله فرآيند، تعيين كننده سرعت نهايي آن است كه به عنوان مرحله ((كنترل سرعت)) شناخته مي شود. مكانيزم واکنش- مكانيزم واكنش، مدلي ذهني است كه بر اساس شناخت كليه مراحل انجام واكنش، پايه ريزي شده است. مكانيزم تعيين شده براي يك پروسه ممكن است به راحتي با دستيابي به اطلاعات جديد نقض يا باطل شده و مكانيزم جديدي براي آن، تعيين گردد.تعاريف

اسلاید 6: 1- طبيعت سيستم و چگونگي تماس واكنش دهنده ها2- طبيعت كانه آهن  تعيين كننده چگونگي خروج اكسيژن از كانه به وسيله گاز هاي احيا كننده احيا پذيري كانه آهن: معيار تعيين کننده چگونگی خروج اكسيژن از كانه به وسيله گاز هاي احيا كنندهعوامل كنترل كننده سرعت احياي كانه آهن از چه پارامترهايي تاثير پذيری دارند؟سينتيک احيای آهن عوامل موثر بر احيا پذيري كانه آهن: 1- شكل و اندازه دانه و دامنه توزيع آن2- تخلخل و نحوه توزيع آن 3- شبكه كريستالي 4- ناخالصي کانه (نوع و درصد)(Reaction sites)

اسلاید 7: احياپذيري كانه با زمان لازم براي رسيدن به مرحله مشخصي از احيا، رابطه عكس دارد. اين ارتباط، احيا پذيری را به يکی از مهمترين جنبه های سينتيکی احيای آهن تبديل می کند.احيا پذيري كانه آهن

اسلاید 8: آزمايشات ژوزف در بررسی احيا پذيری کانه آهن درصد احيا بر حسب زمان براي كانه‌هاي آهن با درصد تخلخل مختلف

اسلاید 9: آزمايشات ژوزف در بررسی احيا پذيری کانه آهن رابطه تخلخل و احياپذيري نسبي كانه آهنميزان احياپذيري با تخلخل رابطه مستقيم در اين نمودار، احيا پذيري به صورت زمان لازم براي رسيدن به 90 درصد احيا، در نظر گرفته شده است .

اسلاید 10: احيا پذيری کانه آهن در صنعتدر عمل پس از ارزيابي بهره وري اقتصادي و فرآوري كانه هاي آهن مي‌بايست به طور ويژه به احياپذيري آن ها پرداخت و مراحل آماده سازي را تا رسيدن به سطح آزاد بهينه ادامه داد. از جمله مراحل آماده سازي مي توان به خردايش، دانه بندي و جداسازي نرمه ها اشاره نمود.معمولا اندازه ايده آل ذرات 20-10 ميلی متر مي‌باشد. ذرات بزرگتر سطح آزاد كمتري ايجاد مي كنند. از سوي ديگر نرمه ها با ايجاد گرد وغبار منجر به رخداد مشكلاتي در حين فرآيند هاي مختلف مي شوند.

اسلاید 11: آزمايشات ويبرگ در احيای کانه های مگنتيتی روش آزمايش : احياي كانه هاي خالص مگنتيت در C 1000  به وسيله دو گاز احيا كننده H2 وCO به صورت همزماننتايج و مشاهدات : در مراحل اوليه، سرعت احيا با H2 از سرعت احيا با CO بالاتر بود در حالي كه در مراحل نهايي، سرعت احيا به وسيله CO بيشتر بود و نهايتا بعد از گذشت 4 ساعت از شروع، واكنش احيا با H2 به طور كامل متوقف شد.تصاوير ميكروسكوپي نشان داد مگنتيت احيا شده با H2 (الف)شامل ذرات وستيت بودكه به وسيله لايه هاي متراكم آهن فلزي پوشيده شده بود. در حالي كه در احيا با CO(ب)، ساختار تقريبا به صورت پرليت خالص بود.(تصوير)

اسلاید 12: تحليل نتايج و نتيجه گيری : به دليل گرماگير بودن احيا با هيدروژن براي تسريع واكنش، نياز به تامين حرارت كافي در لايه ها و محلهای انجام واکنش می باشد . در ابتدای واکنش به دليل بالاتر بودن نفوذ H2 نسبت به CO احيا با هيدروژن سريع است اما پس از گذشت زمانی (4 ساعت) احيا با H2 متوقف می گردد. كربن قابليت نفوذ بسيار بالايي در آستنيت دارد بنابراين كربن موجود در مرز بين وستيت و آستنيت براي كامل كردن احيا، وارد عمل مي شود. در اثر ايجاد CO و CO2 فشار لازم براي متلاشي شدن لايه هاي آهن و جدايش آن از وستيت، پديدمي آيد ( تغيير فشار در حين انجام واکنش های احيا با C )و گازهاي احيا كننده مي توانند به لايه هاي دروني نفوذ كنند. اين ترك ها و جدايش ها در تصاوير ميكروسكوپي ديده مي شود.در دماي 1000 درجه سانتيگراد، آهن توليدي به صورت آستنيت با 0.8 تا 0.9درصدكربن (درصد کربن نزديک به نقطه اوتکتوييد يعنی 0.83 ) ، مي باشد( که با کاهش دما به پرليت تبديل می شود).آزمايشات ويبرگ در احيای کانه های مگنتيتی

اسلاید 13: کاربرد سينتيک در علوم مهندسیمتالورژي شاخه‌اي از علوم مهندسي است بنابراين هدف نهايي مطالعات آزمايشگاهي سينتيك و مكانيزم احياي كانه آهن، بهبود طراحي و اجراي فرايند‌هاي تجاري است. در اين رابطه دو نكته مهم مورد تاكيد قرار مي‌گيرد:1-در صورتي كه اطلاعات بهتر و جديدتري در دسترس قرار گيرد، نتايج بدست آمده از مباحث انجام شده در رابطه با سينتيك و مكانيزم فرايند دستخوش تغيير خواهد شد.2- به دليل تفاوت در شرايط واقعي و آزمايشگاهي، اطلاعات آزمايشگاهي معمولا مستقيما در فرايندهاي تجاري، قابل اجرا نيستند.اطلاعات آزمايشگاهي مي‌تواند مهندسان را در طراحي سيستم‌هاي صنعتي راهنمايي كند. البته در اين راستا، اطلاعات بدست آمده از آزمايشهاي نيمه صنعتي از ارزش بيشتري برخوردار هستند.

اسلاید 14: THANK YOU FOR YOUR ATTENTION