آشنایی با کوره بلند
ساعت ۱۱:٠٤ ‎ب.ظ روز ۱۳۸٧/۱٠/۳٠   کلمات کلیدی:

معمولا برای احیاء و تصفیه سنگ آهن از کوره بلند استفاده می گردد. این کوره از دو مخروط ناقص تشکیل شده است که در قاعده با هم مشترک می باشند.



آشنایی با کوره بلند

قسمت های اصلی کوره:

معمولا برای احیاء و تصفیه سنگ آهن از کوره بلند استفاده می گردد. این کوره از دو مخروط ناقص تشکیل شده است که در قاعده با هم مشترک می باشند. جدار خارجی کوره از صفحات فولادی درست شده 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 گردد. کوره های بلند را به ارتفاع 30 تا 80 متر ساخته و در بزرگترین قسمت دارای قطری از 10 تا 14 متر می باشند.

قسمت تحتانی کوره، استوانه ای شکل بوده و به نام بوته معروف است؛ که محل جمع شدن مواد مذاب و سرباره می باشد. بوته معمولا دارای دو محل خروجی می باشد که یکی در بالا برای خروج سرباره و دیگری در پایین برای خروج آهن خام مذاب در نظر گرفته شده است.

در پیرامون قسمت بالای بوته شیپورکهایی وجود دارند که از آن ها هوای گرم (در حدود 800 تا 1200 درجه سانتی گراد) مورد نیاز برای احتراق کک، به داخل کوره دمیده می شود. مخروط ناقصی که در بالای بوته قرار دارد، شکم کوره نام داشته و به منطقه ذوب نیز معروف است. مخروط فوقانی کوره را برای بارگیری در نظر می گیرند. در بالای این قسمت دهانه قیفی شکلی قرار دارد که هنگام ریختن مواد به داخل کوره، در آن باز شده و پس از تکمیل بار کوره، مجددا مسدود می گردد.

در کنار کوره بلند بالابر مایلی قرار دارد که از آن برای بالا بردن واگن های مخصوص حمل مواد کمک گرفته می شود. هر کوره معمولا 4 واحد هوا گرم کن به ضمیمه دارد که به طور متناوب برای گرم کردن هوای ورودی کوره استفاده می شوند. خود این گرم کن ها را نیز به وسیله گازهای قابل اشتعالی که از کوره بلند متصاعد می گردند و یا گاز کک سازی می توان گرم نمود.

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 شکلی که در زیر قیف وجود دارد باعث می شود که مواد به صورت یکنواخت در داخل کوره پخش شده و در آن انباشته نگردند. نسبت هر یک از مواد ریخته شده در کوره به نوع و جنس سنگ آهن، کلوخه و مواد سیاله و گداز آور بستگی دارد.

به عنوان مثال در کارخانه ذوب آهن اصفهان جهت تولید یک تن آهن خام، 599 کیلو گرم سنگ آهن، 1082 کیلوگرم کلوخه، 2/12 کیلوگرم آهک و مواد گداز آور و 495 کیلوگرم کک به داخل کوره ریخته و در هر دقیقه به طور متوسط 1600 متر مکعب هوا مورد نیاز است.

فعل و انفعالات داخل کوره بلند:

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

1- منطقه خشک کردن: این منطقه در قسمت بالای کوره قرار دارد. منطقه ای که درجه حرارت آن کمتر از 400 درجه سانتیگراد است. در این منطقه عبور گازهای گرم باعث افزایش درجه حرارت مواد ریخته شده به داخل کوره گردیده و رطوبت آنها را نیز تبخیر می نماید.

2- منطقه احیاء (احیاء غیر مستقیم): در این منطقه با افزایش درجه حرارت، کک و مواد سیاله و گداز آور شروع به تاثیر نموده و گاز منو اکسید کربن متصاعد شده از طریق احتراق ناقص کک، بر روی اکسید آهن اثر کرده و آن را در چند مرحله احیاء می کند.

3- منطقه کربنیزه شدن: در این منطقه که درجه حرارت آن از 900 تا 1200 درجه سانتی گراد می باشد، آهن خالصی که از احیاء سنگ آهن حاصل شده، ضمن فرود به سمت پایین کوره، با کک گداخته برخورد کرده و با کربن موجود در آن ترکیب می شود.

4- منطقه ذوب (احیاء مستقیم): در این مرحله ترکیبات ذوب شده به سمت پایین حرکت می کنند. از آن جایی تمام اکسیدهای آهن در قسمت های بالا فرصت کافی برای احیاء شدن را پیدا نمی کنند، باقیمانده آنها در این مرحله، توسط کربن جامد احیاء می گردد. این عمل در 1200 تا 1600 درجه سانتی گراد انجام می گیرد.

پس از مناطق بالا، بوته قرار دارد که مواد مذاب در آن جمع شده و اضافات آن به علت داشتن وزن مخصوص کمتر به صورت سرباره در بالای آن قرار می گیرد. حال می توان سرباره را محل خروجی که در قسمت بالای بوته قرار دارد، خارج کرده و سپس از سوراخ زیر بوته، مواد مذاب را که آهن خام نامیده می شود، خارج نمود.

عمل تخلیه آهن خام را در هر 4 تا 5 ساعت یکبار انجام داده و به همان نسبت بار کوره را از بالا به آن اضافه می نمایند. به این ترتیب کار کوره بلند مداوم بوده و در تمام 24 ساعت شبانه روز عملیات فوق در آن انجام می گیرد.

محصولات کوره بلند:

این محصولات را آهن خام می نامند. آهن خام دارای 3 تا 4 درصد کربن بوده و نقطه ذوب آن در حدود 1300 درجه سانتی گراد می باشد. این محصول را به دلیل شکنندگی زیاد و ناخالصی های فراوان نمی توان در صنعت مورد استفاده قرار داد. آهن خام به خاطر داشتن کربن زیاد قابلیت شکل پذیری، جوشکاری و چکش خواری را ندارد، بنابراین لازم است طی عملیاتی مقدار کربن آن را کاهش داده و سایر عناصر موجود در آهن خام مانند گوگرد، فسفر، سیلیسیم و منگنز را به حد قابل قبولی رساند. از کوره بلند محصولات فرعی دیگری نیز به صورت سرباره و گاز به دست می آید.

سرباره:

 از ذوب اکسید ناخالصی ها و مواد گدازآور و خاکستر کک، سرباره تشکیل می گردد. معمولا حجم سرباره ای که از کوره بلند به دست می آید، سه برابر حجم آهن خام تولیدی می باشد. از سرباره کوره بلند برای تهیه آجرهای نسوز، سیمان، عایق حرارتی شبیه پشم شیشه، کود شیمیایی  و زیر سازی جاده ها استفاده می کنند.

گاز کوره بلند:

 این گاز مخلوطی از گازهای مختلف مانند دی اکسید کربن، منو اکسید کربن، متان، هیدروژن و ازت می باشد که در هنگام خروج از کوره بلند، ذرات معلقی نیز به همراه دارد. این گاز را پس از جدا کردن از ذرات معلق، برای مصارف حرارتی مانند گرم کردن هوا گرم کن های کوره بلند، کک سازی، کلوخه سازی، توربین های گازی، ماشین های بخار و منازل به کار می برند.

کلوخه سازی:

 برای این که بتوان ذرات ریز و خاکه های سنگ آهن را بدون هیچ اشکالی در کوره ذوب و تصفیه نمود، آنها را ابتدا به صورت کلوخه در می آورند. برای این منظور قطعات کوچک و خاکه های سنگ آهن، کک و آهک را با نسبت های معینی با هم مخلوط کرده و آنها را در دستگاه کلوخه سازی حرارت می دهند. در اثر حرارت، ذرات به یکدیگر چسبیده و تشکیل کلوخه های آماده ای می دهند که می توان از آنها در کوره بلند استفاده نمود. کلوخه هایی که برای این منظور به کار می روند بایستی دارای ابعادی در حدود 5 تا 10 سانتیمتر باشند.

سوخت کوره بلند:

در کوره بلند برای ذوب و تصفیه، نیاز به سوختی وجود دارد که علاوه بر تامین حرارت لازم، بتواند کربن مورد نیاز برای احیاء اکسید آهن را نیز در اختیار بگذارد. این سوخت بایستی دارای ارزش حرارتی زیاد بوده و در ضمن سوختن به هم نچسبد و برای این که بتواند گازها را از بین خود عبور داده و عمل احتراق را تسهیل نماید، بهتر است که متخلخل نیز باشد. برای این منظور از کک استفاده می کنند که علاوه بر مزایای فوق دارای استحکام زیادی بوده و خاکستر کمی در حود 11 درصد از خود به جای می گذارد.

برای تهیه کک از زغال سنگی استفاده می کنند که دارای فسفر و مواد اضافی کمی بوده و آن را در اتاقک های مخصوصی که به نام باتری کک سازی معروفند، بدون تماس با هوا تا حدود 900 الی 1100 درجه حرارت می دهند. پس از گداخته شدن زغال سنگ، آن را با آب سرد می نمایند که در این حال زغال سنگ گداخته به کک تبدیل می شود. کک مورد استفاده در کوره بلند باید دارای اندازه هایی از 25 تا 80 میلیمتر باشد. قطعاتی که دارای اندازه بزرگتری می باشند، به دستگاه های خرد کننده هدایت شده و قطعات کوچک تر از 25 میلیمتر را برای تهیه کلوخه به کارگاه های کلوخه سازی می برند.

هنگام تهیه کک مواد فرعی دیگری نیز تهیه می شوند که عبارتند از بنزن، قطران، آمونیاک، گازهای قابل اشتعال، اسید سولفوریک، نفتالین، سولفات آمونیوم و غیره. از هر 1000 کیلوگرم زغال سنگ، 750 کیلوگرم کک، 10 کیلوگرم بنزن، 10 کیلوگرم آمونیاک، 30 کیلوگرم قطران و 300 متر مکعب گاز به دست می آید.

کک مصرفی کارخانه ذوب آهن دارای 1 درصد گوگرد، 3 درصد رطوبت، 15 درصد خاکستر و فقط 81 درصد کربن می باشد. زغال سنگ مصرفی برای تهیه کک از معادن سنگ رود، زیراب، شاهرود و کرمان استخراج و به وسیله قطار به اصفهان حمل می شود.

سیاله ها و مواد گداز آور:

موادی هستند که در کوره به جریان ذوب کمک کرده و جدا کردن ناخالصی ها از فلز مذاب را آسان می کنند. برای این منظور از آهک استفاده می گردد. آهک با ناخالصی های موجود در سنگ آهن مانند سیلیسیم، منگنز و گوگرد ترکیب شده و آنها را به صورت سرباره به سطح مذاب می راند. آهکی که برای این منظور مورد استفاده قرار می گیرد، به صورت سنگ آهک بوده و بایستی دارای ناخالصی های کمی نیز باشد.

در صورت لزوم از کوارتز و آلومین و اکسید منیزیم نیز به همراه آهک به عنوان مواد سیاله و گداز آور استفاده می گردد. سنگ آهک کارخانه اصفهان از پیر بکران اصفهان و کوارتزیت از منگستانه یزد تامین می گردد.