روش‌های جایگزین برای تولید چدن در جهان

اشاره: عدم کیفیت زغال‌سنگ هند برای کک‌سازی و به ویژه وضعیت شیمیایی کانی‌هایش منتج به استفاده از روش‌های گوناگون فرآیند تولید فولاد در مقایسه با دیگر نقاط جهان در این منطقه شده است.

مقاله‌ای که در ادامه می‌خوانید، گزارشی است از سمینار فولاد و تکنولوژی که در ماهنامه استیل تایمز منتشر شده که برگردان آن را در ادامه می‌خوانید:

عمدتا، با وجود روش تولید چدن به وسیله احیای مستقیم سنگ‌آهن در هند، در سال‌های 2007 و 2008 به 1/20 میلیون تن رسید و بالغ بر کل میزان تولید چدن در یک سوم سال شد، سازمان‌دهندگان از روش‌های متداول تولید DRI بر پایه گازی و تولید با استفاده از زغال‌سنگ در کوره‌های روتاری کیلن (این تکنولوژی اخیرا در هند متداول شده و 2/14 میلیون تن یا 6/70 درصد از کل DRI تولید شده در سال را شامل می‌شود) اجتناب کردند.

به جای این روش‌ها آنها بر روی تکنولوژی‌هایی بر پایه زغال‌سنگ مانند Corex، Finex، HIsmelt، Fastmelt، ITmk3 و کوره‌های دمشی کوچک با کک متمرکز شدند. هرچند هند دارای ذخایر قابل توجه زغال‌سنگ
( 6/7
درصد از کل منابع جهانی) است، اما عرضه منابع مناسب زغال کک‌شو در این کشور دارای محدودیت‌هایی است و میزان بالایی از مواد موردنیاز از کشورهای دیگر وارد می‌شود.

در واقع حتی مقدار بسیار زیادی از زغال‌سنگ حرارتی برای تولید برق نیز وارد می‌شود که قسمت زیادی از آن از اندونزی تامین می‌شود، زیرا مالکیت زمین و تدارکات تنها قسمتی از مشکلات استخراج ذخایر زغال‌سنگ در هندوستان هستند.

در سال مالی 2007 تا 2008، شرکت زغال‌سنگ هندوستان در حدود 360 میلیون تن تولید داشت که بالغ بر 85 درصد از 414 میلیون تن زغال‌سنگ تولید شده در این کشور بود. میزان مصرف این محصول در هند نیز به 475 میلیون تن رسید که منتج به واردات 40 میلیون تن زغال‌سنگ حرارتی و 7 میلیون تن زغال کک شو شد.

هزینه زغال‌سنگ بالغ بر 45 تا 50 درصد از کل هزینه مواد اولیه ورودی به کوره بلند می‌شود. از این رو تمایل هند به اتخاذ روش‌های فولادسازی جایگزین در کوره بلند است.

دکتر ایرانی، مدیر شرکت تاتا و پسران (موسس شرکت‌های گروه بزرگ تاتا) به عنوان مهمان سخنران در این همایش بود.
دکتر ایرانی سوالی را با این مضموم که چگونه چین صنعت فولاد خود را به یکباره توسعه داد و طبق آمار وضعیت خود را به 10 برابر بهتر از وضعیت صنعت فولاد هند در همان دوره زمانی رسانید، مطرح کرد که در نهایت به این نتیجه رسید که این ماهیت فلسفه آزادی‌خواهی در هند است که مخالفت‌های بسیاری را برای پروژه‌های فولادی پیشنهاد شده به همراه داشته است. یک هدف برای رسیدن به تولید 100 میلیون تنی تا سال 2011-2012 به وسیله دولت تعیین شد اما او به حضار یادآوری کرد که یک آمار مشابه نیز در سال 1980 مدنظر قرار گرفته بود.

وی اظهار داشت که میزان تولید در سال 2009 به 60 میلیون تن رسید و نشان‌دهنده این است که در رسیدن به هدف 100 میلیون تنی اندکی قصور شده اما سرانجام رسیدن به آن میسر خواهد شد.

او گفت ارقام آنچنان از اهمیت برخوردار نیستند، آنها تکنولوژی‌های مناسبی را انتخاب کرده‌اند که در این رابطه عامل کلیدی هستند.

تکنولوژی‌های سفارشی با مواد اولیه مورد نیاز کارخانه‌های هند هماهنگ شدند و در حال حاضر هیچگونه فرآیند روشن قابل ذکری برای شرایط کنونی هند وجود ندارد.

همچنین او در ادامه اظهار داشت که هند خود به تنهایی باید تکنولوژی‌های مناسب را به کارگرفته و تمامی انواع نمونه‌های کک را به عنوان راهی برای مخلوط کردن زغال‌سنگ‌های نرم‌تر برای تولید کک با کیفیتی مناسب با کوره‌های کک‌سازی با استفاده از زغال‌سنگ‌های صد درصد سخت ارائه کند.

از 10 تا 15 سال پیش شاهد بودیم که هند به طور فزاینده‌ای تجهیزات R&D و موسسات آموزش فنی خود را توسعه بخشید. پیشتر، مهندسین هندی برای آموزش به کشورهای انگلیس، آمریکا و روسیه مسافرت می‌کردند، اما انجمن فناوری هند (IIT) در حال حاضر یک جایگزین است و آزمایشگاه ملی و مراکز R&D شرکت‌های فولادسازی مختلف در زمینه تحقیقات فعال هستند.

برای افزایش راندمان کوره بلند باید زغال‌سنگ و گندله‌هایی با کیفیت مناسب ساخت که تولید آنها بستگی به مشکلات محیطی داشته و برای برطرف کردن این مشکلات نیازمند به صرف هزینه هستیم.


پیشرفت‌های مربوطه اخیر در هند در زمینه ساخت کوره‌های دمشی کوچک با حجم 175 تا 250 متر مربع و با ظرفیت تولید سالانه‌ای در حدود 30 کیلو تن تا یک میلیون تن است. این پیشرفت‌ها موجب کاهش هزینه سرمایه‌گذاری شده و همچنین از زمان اجرای کار نیز کاسته‌اند و از همه مهمتر این که در این کوره‌ها می‌توان از زغال‌سنگ‌هایی با کیفیت پایین‌تر نیز استفاده کرد.

همچنین چدن مذاب تولید شده در این کوره‌ها دارای کیفیت مطلوبی است. هرچند هزینه‌های بهره‌برداری به ازای هر تن نسبت به کوره بلندهای متداول بالاتر هستند که این امر ناشی از میزان زغال‌سنگ بیشتر مورد استفاده در آنها و همچنین نیاز به مصرف کلوخه سنگ‌آهن یا گندله به جای آگلومره است. قیمت زغال‌سنگ در حال حاضر در حدود 100 تا 130 دلار به ازای هر تن بوده و سنگ‌آهن با مرغوبیت کمتر نیازمند تغلیظ است که به هزینه‌های موجود اضافه می‌شود.

در حال حاضر دو جایگزین برای کوره بلند در تولید چدن مذاب وجود دارد که عبارتند از فرآیندهای احیای مستقیم (DR) که می‌توانند بر پایه زغال‌سنگ یا گاز باشد و منتهی به تولید چدن جامد اما متخلخل (آهن اسفنجی) می‌شود و روش دیگر احیای مذاب (SR) است که منتج به تولید آهن ریختگی می‌شود.


فرآیندهای DR و SR

به‌طور خلاصه این فرآیندها بر پایه چند تعریف است:

فرآیندهای احیای مستقیم بر پایه زغال‌سنگ هم در کوره‌های روتاری کیلن (که در کشور هند رایج هستند) که در آن زغال‌سنگ و سنگ معدن نرم در داخل یک استوانه گردان مورب ریخته می‌شوند یا به جای آن از یک بستر گردان استفاده می‌کنند که در آن یک لایه از مواد اولیه (معمولا ذرات ریز سنگ‌آهن مخلوط شده با ذرات ریز زغال‌سنگ به صورت آگلومره) در داخل یک بستر افقی با پهنای چند متری تخلیه می‌شوند و پیرامون بوته مدور شکل می‌گیرند.

در فرآیندهای احیای مستقیم بر پایه گازی از یک رآکتور عمودی که با کلوخه سنگ‌آهن یا آگلومره شارژ می‌شود استفاده می‌شود و از وسط آن گاز طبیعی محتوی هیدروژن و مونواکسید کربن عبور داده می‌شود .

اخیرا از انواع مختلفی از گازهای جایگزین از قبیل گاز کورکس (Corex) و گاز تولید شده ناشی از تبخیر زغال‌سنگ به کارگرفته می‌شود که یک مزیت مشخص برای کشورهایی است که دارای منابع محدود گاز طبیعی بوده اما از ذخایر مناسب زغال‌سنگ بهره می‌برند.

نخستین فرآیند تجاری احیای مذاب (SR) فرآیند کورکس بود که به وسیله دو واحد فولادسازی JSW استیل و Essar استیل مورد بهره‌برداری قرار گرفت. دیگر کارخانه‌هایی که با این روش کار می‌کنند در کشورهای چین و آفریقای جنوبی قرار دارند.

در حقیقت واحد کورکس دارای دو مرحله فرآیند است که در آن سنگ‌آهن به یک استوانه قائم واقع در قسمت فوقانی محفظه گازی(gasifier) شارژ می‌شود ـ گدازنده که در آن زغال‌سنگ نرم شده به وسیله اکسیژن سوخته و منتج به ایجاد گاز احیا می‌شود و موجب گرم شدن مذاب می‌شود.

چدن احیای مستقیم تولید شده در داخل استوانه به داخل محفظه گازی ریخته شده و در آنجا ذوب شده و در فواصل معین به صورت چدن مذاب با ترکیب مشابه با آنچه که در کوره بلند تولید می‌شود، تخلیه می‌شود.

اخیرا شرکت پوسکو کره‌جنوبی از یک تغییر ظرفیت تجاری برای روش کورکس استفاده کرد که این امر امکان استفاده از سنگ‌های معدنی ریزتر را فراهم آورد.

این روش فینکس (Finex) نامیده شده که کانی‌ها ریزتر از میان یک جریان از سیال بستر رآکتور عبور می‌کند و گاز احیا تولیده شده در یک محفظه گازی ذوب نیز در جهت مخالف این جریان از داخل رآکتور عبور داده می‌شود (شکل یک).

مزیت این روش این است که نیازی به گندله‌سازی کانی‌های ریز نیست، اما هر دو فرآیند نیازمند طبقه‌بندی دقیق زغال‌سنگ مورد استفاده هستند تاکنون واحدهای عملیاتی کورکس در هند متکی به واردات زغال‌سنگ بوده‌اند و همچنین تنها با 20 درصد کک شارژ می‌شدند.

به طور معمول 80 درصد از هزینه تولید چدن ناشی از مواد اولیه آن است که کک نزدیک به نیمی (4/47 درصد) از هزینه این مواد را شامل می‌شود. تکنولوژی کنونی کوره بلند به سختی می‌تواند از عهده حجم بالای تولید برآید.

هرچند به طور معمول این تکنولوژی نزدیک به محدوده بهره‌برداری بوده و برای احیای ذوب کوره بلندهای مجتمع‌های فولادسازی یا در رابطه با چدن مذاب با مقدار کم ( 5/0 تا 8/0 میلیون تن در سال) که نیازمند فرآیندهای تکمیلی تولید هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرد، به عنوان مثال در یک واحد فولادسازی با کوره قوس الکتریکی (EAF)، شارژ چدن مذاب هم منتج به افزایش بهره‌وری می‌شود و هم موجب کاهش مصرف برق می‌شود.

همچنین این کوره دمشی کوچک می‌تواند این نقش را به خوبی ایفا کند اما راندمان کمتری را نسبت به کوره‌های دمشی متداول دارد و ناگزیر به مقدار بالاتری از کک و کلوخه سنگ‌آهن نیاز داشته و مشکلاتی را در فرآیند تزریق پودر زغال (PCI) به همراه دارد.

موثرترین جنبه فرآیند SR این است که این فرآیند مستقل از کک مصرفی است. اکثر فرآیندهای احیای مذاب دارای دو مرحله هستند: یک مرحله پیش احیا برای تولید DRI و دیگری مرحله گداز (melting) است که به مرحله تبخیر زغال‌سنگ نیز معروف است.

فرآیندهایی که همه واکنش‌ها در آنها در حمام فلز مذاب رخ می‌دهد مانند HIsmelt و Romelt از این قاعده مستثنی هستند و در جدول شماره یک مهمترین فرآیندهای SR ذکر شده است.

روش‌های جایگزین Corex عبارتند از: کورکس LRI (آهن احیای کم) که در آن از گاز خروجی برای زدایش گرد و غبار استفاده می‌شود و بعد از حذف CO2 برای احیای بیشتر سنگ‌آهن در یک کوره استوانه‌ای جداگانه آهن اسفنجی تولید می‌شود و فرآیند جایگزین دیگر کورکس LEG (گاز خروجی کم) است که در آن گاز CO2 از گاز خروجی بدون گردوغبار جدا شده که در نهایت در محفظه احیای Corex بازیافت می‌شود

/ 0 نظر / 298 بازدید