کوره بلند

کوره بلند

اسلاید 1: بسم الله الرحمن الرحیم

اسلاید 2: کوره بلند

اسلاید 3: استاد راهنما : آقای دکتر باباخانیتهیه کننده گان : شهریار اکبری نیا جلیل اسدی

اسلاید 4: - تاریخچه :استفاده از کوره بلند برای تولید آهن خام و سرباره مذاب از قرن چهارده و پانزدهم میلادی آغاز شد.در روش های قدیمی تهیه آهن به علت پایین بودن درجه حرارت (حداکثر 1400درجه سانتی گراد)سرباره ذوب نمی شد در حالیکه در کوره بلند درجه حرارت خیلی بالاتر بوده و سرباره کاملا سیال تهیه می شود.کوره بلند تا اوسط قرن شانزدهم میلادی گسترش زیادی نیافت ولی کم کم با استفاده از کک و دمیدن هوای گرم تولید آهن رو به افزایش نهاد. امروزه بیشتر برای تهیه آهن خام از کوره بلند استفاده می شود.

اسلاید 5:

اسلاید 6: شکل کوره بلند:کوره بلند از یک استوانه فلزی به ارتفاع حدود 30 متر تشکیل یافته است و حجم مفید آن به حدود 3000 متر مکعب می رسد.ارتفاع کوره ثابت است و برای افزایش حجم کوره غالبا قطر کوره را افزایش میدهند .

اسلاید 7: دهانه(بیشترین حجم کوره)بدنهنا حیه استوانه ایمخروط پایینی پپپپپپپپپپخروج سرباره بوتهحالت خمیری ککذوب موادخروج مذاب بخشهای مختلف کوره بلند

اسلاید 8: - چرا بدنه مخروطی شکل است؟چون وقتی مواد پایین می آیند گرم میشوند ،لذا حجم بالا می رود.اگر استوانه بود ،مواد گیر می کرد و پایین نمی آمد. 2- چرا ناحیه استوانه ای شکل داریم؟برای پایداری و استحکام بیشتر.مخروط پایینی به چه دلیلی ایجاد شده است؟ فقط کک ماده جامد در این ناحیه است این جا مذاب وجود دارد .باید حجم را کم کرد و شیب تند را داد.- ارتفاع مفید کوره:از نیم متر پایین تجهیزات بارگیری تا کف کوره که حجم این منطقه حجم مفید کوره است.

اسلاید 9:

اسلاید 10: قسمت های مختلف کوره بلند عبارتند از:- پی: وظیفه پی کوره بلند انتقال وزن عظیم ان به طوریکنواخت به زمین می باشد . پی از دو قسمت تشکیل شده است . قستمت اول که در بالای زمین قرار دارد پایه و قسمت دوم که در زیر زمین است کف نامیده میشود . پایه به طور مطلوب وزن کوره را تحمل می کند وان را از طریق کف به طور مطلوب به زمین منتقل میکند . معمولا ساختمان پی با سکوی اطراف بوته مرتبط است . پی کوره بلند باید مقاوم به حرارت بوده وتحت هیچ شرایطی نباید دراثر دمای بالا ترک برداشته تغیر شکل داده ویا ذوب شود .پی ها را به دو گونه مسلح وغیر مسلح طبقه بندی می کنند .پی ها ی غیر مسلح را از سنگ اجر شفته می سازند که در دماها ی بالا مقاوم نبوده واز این پی ها دیگر استفاده نمی کنند . پی کوره های جدید بتون مسلح می باشد . قسمتهایی از پی که دما درآن بیشتر از 250 درجه سانتی گراد می رسد از بتون مقاوم به حرارت ساخته می شوند . درصورتی که درجه حرارت کمتر باشد از بتن معمولی استفاده می شود .

اسلاید 11: - بوته:آن قسمت از کوره است که مواد مذاب فلزی و سرباره در آن جمع میشود.اجر چینی بین بوته وپایه پی را بلوک بوته می نامنند وقسمت فوقانی بلوک را کف بوته می نامند . توسعه درساخت کوره بلند با ظرفیت زیادتر همیشه در ارتباط با قطر بوته کوره بلند است و قطر بوته خود مقیاس جهت ازدیاد تولید روزانه کوره مورد نظر می باشد . هر چه قطر افزایش یابد به میزان تولید روزانه کوره افزوده می شود . قطر کوره بلند از 4-9 متر بوده وتولید روزانه آن 10000-2000 تن در روز می باشد فرم بوته به شکل استوانهای بوده واز طریق دو محل که به روی سرباره از کوره می باشد .این استوانه تعبیه شده است اقدام به گرفتن فلز مذاب وسرباره از کوره می نمایند محل خروج که در قسمت پایین تر بوته تعبیه شده است برای خروج اهن مذاب وخروجی بالاتر برای گرفتن سرباره استفاده می شود .

اسلاید 12: - شکم :این قسمت گرمترین قسمت کوره بلند است و منطقه مذاب آن را تشکیل می دهد.- بدنه : بدنه کوره از شکم تا دهانه کوره ادامه می یابد و بیشترین ارتفاع کوره را در بر می گیرد.در قسمت بدنه کوره به علت وجود گازهای حال از سوختن مواد اولیه در داخل کوره و استفاده از این گازها در هنگام عبور ازقسمت های مختلف کوره بدنه کوره را با ارتفاع زیاد می سازند که در هنگام عبور گاز با تمام داخل کوره تماس گرفته واز وجود گاز حداکثر استفاده را نمایند قسمت داخلی کوره نیز از لایه های اجر نسوز به ضخامت حدود یک متر ساخته شده است .معمولاارتفاع کوره بلند از قسمت دهانه تا انتهای کوره از 25-35 متر بسته به قطر بوته متغیر است .تمامی قسمت های فوق الذکر از بوته تا سینه کوره در قسمت خارجی بوسیله زره فولادی که از ورق ساخته شده است محفضت می گردد . پایه های کوره بلند به علت وزن زیاد کوره بلند بایستی پیین تر از سطح اب های زیر زمینی باشد که به وسیله بتن ریزی در سطح زمین استوار می گردد .

اسلاید 13: - دهانه :بالاترین قسمت کوره بلند را که شکل استوانهای دارد دهانه می نامند از این قسمت بار وارد و گازها خارج می شوند.- پوسته کوره بلند :پوسته کوره بلند از ورقه های فولادی استوانه ای و مخروطی شکل ساخته شده است که روی آجر چینی کوره بلند را می پوشاند . وظیفه ان محافظت اجر چینی در مقابل فشار مواد اولیه وگازها و همچنین جداسازی قسمت داخلی کوره از محیط اطراف میباشد . ست های سکوی دهانه ولوله های خروجی گاز کاملا به قسمت فوقانی کوره متصل شده اند . ضخامت ورق های اطراف دهانه و پایه کوره بلند تا 30 میلی متر برای اطراف بوته تا 24 میلی متر برای اطراف بستر کک و32 میلی متر برای اطراف بوته وبرای بلوک های بوته تا 36 میلی متر می رسد پوسته فلزی کوره بلند از ورق های نرم فولاد کربنی ساخته شده است .

اسلاید 14: مواد ورودی و خروجی کوره بلند:ـ مواد شارژ :مواد جامد:مواد سینتر شده که عموما از کارگاه آگلومراسیون به کوره بلند حمل میشوند و دارای اندازه دانه عموما 25 تا 50 میلی متر هستند .2- سنگ آهن با اندازه 10 تا 25 میلی متر 3- فلاکس (آهک) که آن نیز در کارگاه آگلومره به مواد سینتر شده افزوده میشود. 4- کک با دانه بندی 25 تا 100 میلی متر است که دارای استحکام مکانیکی مناسبی بوده و تحمل وزن مواد ورودی کوره بلند را دارد و در موقع دمش موجب به اصطلاح خفه شدن کوره می شود.(برای تولید هر یک تن چدن حدود 5/. تن کک مصرف می شود ).

اسلاید 15: مواد خروجی از کوره بلند:1- گازهای خروجی2- چدن مذاب با کربن حدود3.8٪و درجه حرارت 1350-1300 درجه سانتی گراد .3- سرباره .شارژموادبه کوره بلند:مواد به صورت لایه لایه درون کوره ریخته می شود و دارای دانه بندی مشخصی است از ریختن مواد ریز و گردو غبار به داخل کوره پرهیز شود ریرا این مواد در موقع دمش گاز موجب به اصطلاح خفه شدن کوره و پل بستن مواد می گردد مسله مهم در باردهی این است که مواد به صورت ستونی در نیاید و توزیع مناسبی از موا داشته باشد .

اسلاید 16: علت توزیع مواد: چون شازرژ در کوره باعث یک تفکیک ذاتی در مواد می گردد ریختن مواد باعث تفکیک می شود لذا تاثیر در قابلیت عبور گاز می گذارد و قابلیت عبور گاز در نواحی مختلف فرق می کند و راندمان کوره را تحت تاثیر شدید قرار می دهد مخصوصا اگر ناحیه ای دارای مقاومت کمی دربرابر عبور گاز داشته باشد شدت گارز عبوری ان از نواحی دیگر بیشتر خواهد بود لذا واکنشهای احیا ء تشدید می گردد دما بالا می رود و نهایتا حضور این منتقه باعث گسترش خود می شود لذا یک کانال عبور گاز در کوره ایجاد می شود گازها بدون واکنش فقط ار گکوره عبور کرده و محتوی مقدار زیادی Co2 ( در دمای بالا ) است لذاا برای رفع اشکال به توزیع یکنواخت نیاز است برای این کار ازسیستمهای بار دهی کمک می گیرند حتی قسمت ورود مواد هم به توزیع یکنواخت کمک می کند.کوره بلند یک سیستم متقابل است . موادجامدکه به کوره شارژ می گردند به طور مداوم پایین امده وعملیات احیا و ذوب روی ان صورت میگیرد وگازها از طرف پایین به طرف بالا حرکت می کنند گازها طول کوره را طی کرده وبا مواد وارد واکنش میشوند .لذابایدازسیستمی کار گرفت که توزیع یکنواخت راایجاد کند.

اسلاید 17: دستگاه باردهی :برای بار دهی مودخام به درون کوره بلند از دستگاهی استفاده می گرددکه شامل زنگ بزرگ قیف بزرگ و محفظه گاز وزنگ و قیف کوچک وقیف دریافت کننده می باشد . در شکل این اجزا به ترتیب شماره گذاری شده اند.1 – قیف گردان 2 – قیف دریافت کننده 3 – زنگ کوچک 4 – محفظه گاز 5 – قیف زنگ بزرگ 6 – زنگ بزرگ

اسلاید 18: زنگ بزرگ وقیف ان را معمولا از فولاد منگنزی که در حدود (11 تا 14 ٪) منگنز دارد ریخته گری می کنند . ضخامت جداره آن 60 میلی متر است . سطوح تماس زنگ وقیف را با الیاژ محکمی پوشانده وسپس ان ها را نسبت به هم ابندی می کنند . حد مجاز فاصله ازاد بین زنگ ومخروط حداکثر 1/0 میلی متر بوده به طوری که ابندی برای جلو گیری ازخروج گازکوره الزامی است . از طرف دیگر چنانچه ابندی درست صورت نگیرد در مدت کوتاهی سیستم بار دهی خراب شده واز کار میافتد زیرا به هنگام بالا رفتن فشار داخل کوره چنانچه گاز نشت کند ذرات ریز همراه با گاز به سرعت باعث افزایش منافذ کوچک می گردد .میله زنگ بزرگ درون یک میله تو خالی که نقش نگه دارنده زنگ کوچک را بازی می کند قرار دارد این میله ها به وزنه های متعادل کننده متصل می باشند که به کمک جرثقیل الکتریکی یا سیستم های هیدرولیکی و وزنه های معادل به سمت بالا حرکت داده شده وزنگ ها به طرف پایین حرکت می کنند ومواد بارمی شوند .

اسلاید 19: شکل دستگاه باردهی

اسلاید 20: نحوه شارژ کردن مواد به کوره بلند :مواد توسط نوار نقاله به پایین کوره بلند حمل می گردند واز آنجا توسط بنکرهای مخصوص به دهانه کوره بلند حمل میگردند سیستم کار کوره بلند سیستمی دو زنگی میباشد . ابتداموادروی زنگ کوچک که دارای یک حرکت دورانی است ریخته می شوند این حرکت دورانی به توزیع بهترمواد کمک میکند زنگ کوچک به طرف پایین حرکت کرده و مواد را روی زنگ بزرگ می ریزد. هنگام حرکت زنگ کوچک به طرف پایین زنگ بزرگ دهانه کوره را مسدود کرده است. به ازای هر چهاربار حرکت زنگ کوچک یکبار زنگ بزرگ به پایین حرکت کرده و مواد را درون کوره می ریزد. این سیستم دو زنگی موجب جلوگیری از اتلاف حرارت کوره و کنترل بهتر فشار درون کوره میگردد دراین حالت اتمسفر کوره تحت هیچ شرایطی با اتمسفر محیط درتماس مستقیم نمیباشد یعنی گاز کوره هنگامی خارج شود که زنگ بزرگ بسته شده وزنگ کوچک پایین می اید دراین حالت فشار در مابین دوزنگ بالا میباشد و پایین امدن زنگ کوچک مشکل می شود که این فشار را می توان توسط لوله هایی از مابین دوزنگ تخلیه نمود . این بارگیری مداوم است وباید مواد به صورت مداوم پایین بروند .

اسلاید 21: حرکت مواد :حرکت شارژ: از بالا مواد به طرف پایین حرکت می کنند ودر منطقه استوانه ای خمیری شده ودر ته بوته به صورت مذاب جمع می شوند .حرکت گاز: حرکت صعودی ازپایین به طرف بالا مثل CO2,CO,H2,H2O,CH4,N2وگردوغبار .این حرکت ها مداوم است واگر مداوم نباشد کوره دارای مشکلی بوده و باید با این پدیده مقابله شود .حرکت مواد با توجه به سطح بالایی انها اندازه گیری میشود .اگر مواد به دیواره کوره بچسبند نزول انها متوقف میشود یا ممکن است مواد به صورت پل قرار بگیرند در نتیجه پا یین نمی ایند اگراپراتور زود متوجه شود میتوان با اختلاف دمش به پل مواد ضربه زد وان را شکست واگر دیر متوجه شود این مشکل آفرین است .

اسلاید 22: طرز تشخیص این پل بستن بدین صورت است که دما درقسمت پایین کوره بیشترین مقداردما راداردوبا افزایش ارتفاع کوره این دما به صورت تدریجی کاهش مییابد تادردهنه کوره به کمترین مقدار خود میرسد اگر این کاهش دما درقسمتی ازکوره به یکباره اتفاق بیافتدنشان دهنده این است که در این منطقه مواد پل بسته اند که می توان ان قسمت از کوره را سوراخ کرد وبا گذاشتن مواد منفجره این پل بستن را مرتفع نمود در غیراین صورت باید مواد داخل کوره بلند را تخلیه کرده وموادراخارج نمود که این خود مستلزم هزینه و وقت زیاد میباشد .کنترل فشار در کوره بلند ازاهمیت بالایی برخوردار است زیرا این کنترل فشار پایین امدن مواد وانجام واکنش های ترمو دینامیکی داخل کوره را تنظیم میکند .فشار در پایین وبالای مواد توسط شدت هوای دمیده شده وخروج گازها در بالای کوره کنترل می گردد.

اسلاید 23: بررسی واکنش های کوره بلند :مهمترین واکنشها ،واکنشهای احیای اکسید آهن است.این واکنشها تدریجا با گرم شدن به تعادل می رسند،لذا حالت تعادل و عوامل پیش برنده واکنشها مهم است.-I واکنش بودوارد : C +CO2 =2COواکنشی که تعادل CO2وCO را در کنار کربن مشخص می کند واکنش بودوارد است .این واکنش تابع فشار و دماست.به علت اختلاف تعداد مول گاز طرفین در هر دمایی میتوان تعادل COو CO2 را پیدا کرد.

اسلاید 24: اگر در دمای t ،M 1 را تولید کنیم یعنی میزان CO را بالا ببریم،واکنش برمی گردد .و بر عکس اگر کمی CO از محیط خارج کنیم،واکنش به سمت راست می رود.محدوده دیاگرام ċ400-1000 است .در T<400 ċ میزان co صفر است.در T >1000 ċ میزان co ،%100 است .در 1000 >T >400 مخلوطی از coو co2 وجود دارد.تجزیه co منجر به تولید دوده می شود .در کوره بلند کک وجود دارد .در جلوی لوله های دم ،اکسیژن با کربن co2 تولید می کند .اما co2 در کنارکربن co ایجاد می کند.

اسلاید 25: 204060801004001000Co%T (ċ)نمودار اثر دما بر درصد منواسید کربن

اسلاید 26: - اگر کوره بلند تحت فشار کار کند ،واکنش بودوارد عکس میشود و تولید دوده می کندو co2 یا گاز خروجی بیشتری دارد،یعنی احیا بهتر صورت گرفته است.می توان مقداری اکسیژن خالص به سیستم تزریق کرد که این کار صورت نمی گیرد ودرصد اکسیژن هوا را بالا می برند مقدار اکسیژن برای کل سیستم ثابت است ولی با افزایش اکسیژن حجم نیتروژن کم میشود نیتروژن مقداری از گرما از قسمت های پا یین کوره بالا برده وبه بار میرساند ومقداری از ان را از دهانه خارج می کند . پس نمی توان N2 را کاملا خارج کرد ولی با کا هش حجم ان می توان مقدار انتقال حرارت را کاهش داد . ارتفاع کوره به نحوی تنظیم شده است که انتقال گرما به خوبی صورت بگیرد .

اسلاید 27: وقتی که هوای پیش گرم شده که دارای درصد بالای اکسیژن است با فشار 5/2تا3 اتمسفر به داخل کوره دمیده می شود در مرحله اول ورود به کوره چون دارای فشار جزیی بالای اکسیژن است C+O2=CO2رخ می دهد این واکنش یک واکنش گرما زا می باشد و باعث ذوب مواد جامد می گردد . این واکنش بیشتر در جداره و مناطق نزدیک به جداره رخ می دهد دما در این منطقه در حدود 1800 درجه سانتی گراد است در این دما طبق نمودار النگهام فاز پایدار COاست ولی چون فشار جزیی اکسیژن ورودی بالا است وکنش در جهت تولید گاز CO2پیش میرود .ولی با حرکت از جداره به طرف مرکزکوره نسبت CO/CO2بیشتر میشود این بدان علت است که اکسیژن ورودی مصرف شده و فشار جزیی ان کاهش پیدا می کند با کاهش اکسیژن واکنش به سمت تولید گاز COپیش می رود تولید گاز CO یک واکنش گرما گیر است وبیشتر در مناطق مرکزی کوره رخ میدهد .CO2تولید شده نیز چون در این دما ناپایدر است طبق واکنش CO2+C=CO تبدیل میگردد فشار هوای دمیده شده باعث صعود گازها ی تولید شده به سمت بالا میگردد .

اسلاید 28: با افزایش ارتفاع در کوره بلند دما کاهش می یابد با کاهش دما نسبت CO/CO2 کمتر شده تا اینکه در بالای کوره بلند بیشترین مقدار CO2 وجود دارد . در یک نسبت مشخص COوCO2 در یک ارتفاع مشخص در کوره گاز CO می توا ند اکسیدها ی فلزی را احیا کند .- احیای اکسیدهای آهن :اکسید آهن شارژ شده در کوره بلند Fe2O3 یا Fe3O4 است .Fe2O3 بیشترین میزان اکسیژن را در میان کانه های آهن دارد.هنگامی که Fe2O3 راشارژ می کنیم ، انتظار احیای آن راداریم ولی طبق بودوارد، در بالای کوره CO2 بیشتر است لذا قابلیت احیا کنندگی گاز در بالا نسبت به پایین کمتر است.در بالا CO2 بالا و درصد اکسیژن در کانه ها بالا است.

اسلاید 29: بررسی واکنشهای احیا اکسید های آهن :چون در دمای پایین تر از 400ċ سرعت واکنشها خیلی کم است؛ نمودار در دمای بالای 400 درجه سانتی گراد رسم شده است.مقدار CO مورد نیاز برای Fe2o3 فوق العاده کم است. 3Fe2O3+CO = 2Fe3O4 + CO2 + 15 Kcal چون واکنش گرما زا است در دمای بالا مقاومت میکند پس باید مقدار CO را بیشتر کنیم ؛پس در مورد این اکسید مشکلی نداریم.(Fe2O3)1)Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 + 5.5 Kcal2) FeO + CO = Fe + CO 2 + 3.1 Kcal3)Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2 + 3.9 Kcal

اسلاید 30: در دماهای کمتر از 572 درجه سانتی گراد باید بیشتر از 50% ؛CO داشته باشیم ولی در بالاتر از این دما به نسبت های متفاوت CO نیاز داریم .تبدیل Feo به آهن سخت ترین واکنش است زیرا CO‌ زیادی می خواهد . مثلا اگر 80% CO داشته باشیم می توانیم feo را به fe ‌ تبدیل کنیم .علت اینکه می گوییم بالاتر از 1000 درجه سانتی گراد CO2 نداریم برای این است که ما کک به اندازه کافی در اختیار CO2 ‌ قرار میدهیم تا CO تولید شود .در مقدار مساوی CO و CO2 ‌ یعنی در 572 ċ‌ تعادل سه تایی Fe; FeO; Fe3O4 را داریم .

اسلاید 31: در دمایی 1000 و بالاتر از آن باید Feo را داشته باشیم تا آهن احیا شود و نباید Fe3O4 را داشته باشیم . چون Fe3O4 نیاز کمی به CO دارد و گاز خروجی در بالاترین قسمت کمترین مقدار خود را دارد به همین خاطر Fe2O3 را در بالای کوره قرار می دهیم CO و H2 در احیای مستقیم نقش دارند زیرا همین موادی که می فرستیم خود همین مواد به طور مستقیم بدون تبدیل به مواد دیگر احیا را انجام میدهند و وقتی کربن را می فرستیم به CO و CO2 تبدیل شده و احیا را انجام میدهند پس فرایند کوره بلند احیا غیر مستقیم است .FeO + C = CO + Fe - 36 Kcal این واکنش از دمای 850 در جه سانتی گراد شروع میشود و در ċ 1300 کامل می شود ( تابع فشار است ؛زیرا مول های گاز در دو طرف فرق می کند )در واکنش های اکسیدهای آهن صفحات قبل در هیچ کدام فشار تاثیر ندارد و فقط در واکنش بالایی و بودوارد فشار تاثیر دارد.

اسلاید 32: مشکلات استفاده از کوره بلند:از مشکلات استفاده از روش کوره بلند در ایران وابستگی آن به کک و مسکل بودن تامین آن در کشور است.نقش سنگ آهک به عنوان مواد گداز آور است که باعث ذوب شدن ناخالصی های اکسیدی و تشکیل آن به صورت سرباره میکردد.به همراه دمش هوا میتوان از سوخت کمکی برای صرفه جویی در مصرف کک که گرانقیمت و آلودگی محیط دارد ؛استفاده کردمانند پودر ذغال سنگ که قابلیت کک شدن ندارد و...هوا نیز پیشگرم می شود و برای اینکار از سوختهای ارزان استفاده میشود .

اسلاید 33: فیلم

اسلاید 34: با تشکر از استاد گرامی و دانشجویان محترم پایان