نگاهی به تکنولوژی‌های موجود در صنعت گندله سازی

۳۰ مهر ۱۳۸۶ | ۰۷:۳۰ کد : ۱۵۶۹۸ رويدادهاى زمين و معدن
تعداد بازدید:۳۶۵
پیش از ایجاد گندله‌های خام، برای تنظیم ترکیب شیمیایی و رطوبت خوراک، کانسنگ....

 مرحله آماده‌سازی مواد اولیه 

پیش از ایجاد گندله‌های خام، برای تنظیم ترکیب شیمیایی و رطوبت خوراک، کانسنگ آهن با روش‌های تر یا خشک در آسیاب‌های گلوله‌ای یا میله‌ای به اندازه مناسب خرد شده و چنانچه از روش تر استفاده شده باشد قبل از ارسال به مرحله مخلوط‌سازی باید خشک کردن مواد صورت بگیرد و سپس به مرحله مخلوط‌سازی ارسال می‌‌شود. در مرحله مخلوط‌سازی مواد نرم شده با مواد چسبنده مثل بنتونیت (حدود 5/0 تا یک درصد) و موادی مثل سنگ آهک، الیوین و دولومیت (حدود یک تا 5 درصد) مخلوط شده و رطوبت این مواد بسته به نوع و ویژگی‌های کانسنگ آهن در حدود 10 درصد تنظیم می‌شود. این مواد، به گندله خواص فیزیکی و متالورژیکی لازم برای مراحل بعدی را می‌دهد. عملیات مخلوط شدن در میکسرهای Pan Type یا استوانه‌ای شکل انجام می‌پذیرد که به‌طور مداوم با ظرفیت 450 تا 700 تن بر ساعت کار می‌کنند. پس از ریختن مخلوط در میکسر، آب مورد نیاز به آن اضافه می‌شود و پس از آن توسط میکسر مخلوط می‌شود تا ترکیب کاملا همگن شود

2. گوی‌سازی 

در مقیاس صنعتی گندله‌های خام در دیسک‌ها یا استوانه‌های گندله‌سازی تهیه می‌شوند. در تمامی طرح‌ها یا کارخانه‌ها در حال کار در کشورمان، از دیسک‌های دوار برای گندله‌سازی استفاده شده است. در این دیسک‌ها ذرات پودر در اثر رطوبت و تماسی که با یکدیگر پیدا می‌کنند به یکدیگر چسبیده و پس از اینکه قطر گلوله‌های شکل گرفته به‌اندازه کافی رشد کرد، از لبه دیسک خارج می‌شوند. عواملی همچون کیفیت ذرات پودر، میزان رطوبت، شیب و سرعت چرخش دیسک در اندازه گندله‌های شکل گرفته موثر هستند. گندله‌های دارای سایز نامناسب، جدا شده و مجددا به دیسک‌های گندله‌سازی برگشت داده می‌شوند. درصد برگشت مواد بستگی به خصوصیات خوراک اولیه دارد. دانه‌بندی و سایز گندله‌های تشکیل شده با تغییر در زاویه دیسک و سرعت آن و همچنین میزان ورودی مواد یا درصد رطوبت آن قابل تنظیم است.

3 مرحله سخت کردن و پخت گندله 

قبل از به‌دست آوردن گندله‌های قابل مصرف، آخرین مرحله فرآوری، خشک و سخت کردن گندله‌ها به کمک گرماست. سخت کردن گندله‌ها خواصی به آنها می‌بخشد که هم برای حمل‌ونقل و هم برای عملیات متالورژیکی آنها ضروری است. سخت کردن گرمایی گوی‌های خام در مقیاس صنعتی در 4 مرحله صورت می‌گیرد: - خشک کردن - پیش گرم کردن پخت - سرد کردن تفاوت تکنولوژی‌هایی که پیش از این ذکر شد نیز در نحوه انجام این مراحل است که شرح داده خواهد شد. گندله خروجی از مرحله پخت باید تمام ویژگی‌ها و خواص مورد انتظار را داشته باشد. جدول ذیل مقادیر مطلوب و استاندارد برخی از این ویژگی‌ها را نشان می‌دهد. با تغییر عوامل موثر بر فرآیندهای گندله‌سازی، هریک از شاخص‌های ذیل ممکن است تغییر یابند

الف. تکنولوژی لورگی (سیستم Traveling Grate) 

برای انجام عملیات سخت کردن در فناوری مزبور، ابتدا گندله‌های دارای سایز مناسب (معمولا 9 تا 16 میلیمتر) از سایر گندله‌ها توسط سرند غلطکی دو طبقه (Double Deck Roller Screen) جدا شده و در عرض شبکه متحرک (Traveling Grate) توزیع می‌شوند. گندله‌ها در کوره پخت به ارتفاع 30 تا 50 سانتیمتر روی هم قرار گرفته و حرکت داده می‌شوند که با عبور هوا از درون بستر گندله در مناطق مختلف دمش، مکش، پیش گرمایش، پخت و خنک کن عملیات سخت کردن به‌انجام می‌رسد. به‌منظور تنظیم دمای نواحی مختلف و نیز استفاده بهینه از انرژی، گازهای فرآیندی در مناطق مختلف کوره چرخش داده می‌شود. این موضوع به‌خوبی در شکل(4) نشان داده شده است. برتری عمده روش مذکور این است که گندله‌های خام در طول پروسه خرد نمی‌شوند. همچنین با دارا بودن قابلیت تنظیم رفتار حرارتی، گندله‌هایی با کیفیت مناسب تولید می‌شوند. تکنولوژی Traveling Grate که توسط لورگی توسعه یافته، تقریبا در دو سوم از کارخانه‌های گندله‌سازی جهان به‌کار گرفته شده است. امروزه با شارژ همگن گندله بر روی Grate، افت فشار درون کوره کاهش داده شده و مصرف انرژی در این روش به حداقل رسیده است

ب. تکنولوژی آلیس چالمرز (سیستم Grate-kiln) 

در این سیستم گندله‌های خام، در 4 مرحله متمایز سخت و پخته می‌شوند که عبارتند از

ـ خشک کردن 

ـ پیش گرمایش 

ـ پخت 

 خنک‌کننده 

این مراحل در سه دستگاه مجزا انجام می‌پذیرد: traveling grate, rotary kiln, annular cooler. اگرچه این سه دستگاه به‌طور مستقل کنترل می‌شوند ولی برای دستیابی به راندمان حرارتی بهینه و مطلوب و برای جلوگیری از هدر رفتن انرژی حرارتی، گردش گاز‌های داغ بین آنها انجام می‌گیرد. این سیستم کنترلی به برخی از کابران امکان تولید با ظرفیتی بیش از ظرفیت‌های تعریف شده و یا تولید گندله‌هایی با مشخصات متالورژیکی مختلف را می‌دهد و نیز این امکان را می‌دهد تا در صورت وجود تغییرات در ویژگی‌های کانسنگ آهن ورودی، دچار مشکل نشوند. علاوه بر انعطاف‌پذیری‌های مذکور، از طریق خارج کردن گازهای پروسس اضافی از طریق یک دودکش اضطراری تعبیه شده بر Traveling Grate به کاربران امکان تولید بدون مشکل با ظرفیت‌های تولید بسیار کم را می‌دهد

مزیت‌های سیستم Grate-Kiln (روش آلیس چالمرز)

  1. به‌کارگیری Traveling grate برای خشک کردن و پیش گرمایشـ هرگونه تاخیر یا وقفه در بخش‌های خشک‌کننده و پیش‌گرمایش مانعی در انتقال حرارت در مرحله پخت کوره ایجاد نمی‌کندـ به‌دلیل اینکه مرحله سینترینگ در نوار زنجیره انجام نمی‌گیرد نیاز به استفاده از لایه محافظ یا جانبی برای حفاظت grate در مقابل حرارت زیاد، نیستـ طبق طراحی، ضخامت بستر گندله بر روی نوار زنجیره‌ای (grate) در سیستم لورگی بیشتر از سیستم آلیس چالمرز است، این حالت ایجاب می‌کند که خشک کردن در دو مرحله صورت گیرد: 1. مرحله خشک کردن updraft، که به‌منظور افزایش مقاومت گندله به‌اندازه کافی برای تحمل فشار ناشی از وزن لایه‌های بالایی انجام می‌پذیرد و 2. مرحله خشک کردن downdraft به‌منظور حذف آب باقیمانده. این در حالی است که در سیستم آلیس چالمرز خشک کردن در یک مرحله و ساده‌تر صورت می‌پذیرددر سیستم grate-kiln، پیش‌گرم کردن در نوار زنجیره‌ای تا زمانی که گندله‌ها به مقاومت و استحکام لازم برای ورود به کوره برسند ادامه پیدا می‌کند. قابلیت استفاده ازduct burners و external air heaters باعث می‌شود که در traveling grate کیفیت گندله پیش گرم شده به یک حد بهینه و مطلوب برسد. 2. کوره دوار برای پخت ـ انتقال حرارت به گندله‌ها به‌وسیله گازهای پروسسی صورت می‌گیرد که بیشتر در بالای سطح بستر جریان می‌یابند. باقی ماندن در برابر جریان گاز در کوره به‌طور مکانیکی تنظیم می‌شودـ در اثر چرخش کوره دوار، گندله‌ها نسبت به هم جابه‌جا شده و در معرض انتقال حرارت به‌صورت تشعشعی و به‌طور مستقیم از شعله و انعکاس از دیواره کوره، انتقال حرارت رسانشی بین گازهای پروسسی و لایه‌های نسوز تحتانی و همچنین انتقال حرارت همرفتی گازهای پروسس قرار می‌گیرندـ در کوره دوار همه گندله‌ها در ماکزیمم دما و برای مدت زمانی که به‌طور معمول دو برابر طولانی تر از زمان متوسط صرف شده برای کل بستر و چند برابر بیش از زمان استراحت لایه‌های پایینی بستر در straight grate است، نگهداشته می‌شوندـ کنترل مستقل دما و زمان نگهداری در کوره امکان پخت یکنواخت تک‌تک گندله‌ها را تضمین می‌کندـ مشاهده و بررسی مراحل پخت، امکان کارهای فوری اصلاحی را در کوره دوار، برای احتراز از مشکلاتی مانند خوشه‌ای شدن گندله‌ها و اشکالات خود کوره، ایجاد می‌کند. 3. خنک‌کن‌ها ـ خنک‌کاری در سیستم grate-kiln به‌منظور کنترل نرخ خنک شدن محصول و تضمین کیفیت متالورژیکی و شیمیایی آن، در دو مرحله انجام می‌پذیرد. هوای داغ از مرحله اول خنک کردن با دمای بیش از 1100 درجه سانتیگراد بدون استفاده از فن به‌طور مستقیم به کوره منتقل می‌شود. استفاده موثر از این هوای پیش گرم شده، راندمان حرارتی فرایند را بالا می‌بردـ سیستم بازیافت حرارت می‌تواند اندازه کوره و غبارات تشکیل شده را کاهش دهد. 4. فن‌های پروسس ـ در مقایسه با سیستم straight grate، حذف لایه محافظ و کاهش ارتفاع بستر، موجب کاهش افت فشار گاز در دوسوی بستر می‌شود. هر دوی این موارد به اضافه این واقعیت که جریان گازی که از بین بستر بگذرد در کوره لازم نیست، به‌طور قابل ملاحظه‌ای مصرف توان الکتریکی را برای فن‌های پروسسی کاهش می‌دهد. اندازه‌گیری‌های انجام شده برای میزان مصرف انرژی الکتریکی فن‌های پروسسی مقادیری به کوچکی 11/2 کیلووات ساعت به‌ازای یک تن را نشان می‌دهد. 5. کیفیت گندله ـ توزیع دانه‌بندی محصول به‌هم چسبیدن گندله‌ها طی مراحل مختلف خشک کردن، پیش‌گرم، پخت و خنک‌کاری کاهش می‌یابد. * به‌دلیل مقاومت سایشی مناسب، هدر رفت به‌صورت غبارات ناشی از سایش در حین جابه‌جایی و نیز در حین فرآیند احیا کمتر است. همچنین از آنجا که گندله پخته شده توسط سیستم grate-kiln کاملا به‌صورت هماتیتی در می‌آید، metallization آهن اسفنجی تولید شده در فرآیند احیا، بالاتر بوده و در نتیجه هدر رفت آهن به‌صورت سرباره در فرآیند ذوب کمتر خواهد بود

  2. مزیت‌های سیستم Straight Grate (روش Lurgi) 

1. دستیابی به ظرفیت‌های تولید حدود 7 میلیون تن در سال. 2. به‌کارگیری یک دستگاه واحد جهت مراحل مختلف خشک کردن و پخت و خنک کردن گندلهسالم ماندن گندله‌ها در طول پروسهرفتار حرارتی یکنواختتشکیل غبار و نرمه به میزان بسیار کمعدم نیاز به استحکام میانی. 3. غیر متحرک بودن قسمت‌های نسوز کاری شده و در نتیجه کاهش هزینه تعمیرات و نگهداری. 4. قابلیت گوگرد زدایی عملی به مقدار مناسب از گندله. 5. دستیابی به تخلخل بهینه در گندله به‌منظور بالا بردن قابلیت احیا. 6. عدم تغییر شکل و خرد شدن گندله‌ها و کاهش گردوغبار تولید شده در حین پروسه. 7. جریان گاز سازگار با محیط زیست و اقتصادی. 6 فن پروسسی جریان گاز را به‌طور موثری هدایت می‌کنند. با تعدادی از تکنیک‌های اصلاحی روی جریان گاز در traveling grate مصرف سوخت و انتشار گاز به حداقل رسانده شده استـ بازیافت گازهای پروسسی داغ (850 تا 1000 درجه سانتیگراد) از ابتدای بخش خنک‌کن و انتقال این گازها به بخش‌های پخت و پیش گرمایشـ انتقال گازهای خروجی خرجی مرحله پخت (حدود 350 درجه سانتیگراد) به بخش‌های پیش گرمایش و خشک‌کنـ استفاده از گازهای خروجی از منطقه خنک‌کننده دوم (حدود 350 درجه سانتیگراد) در منطقه خشک‌کن. 5 8. اثرات زیست‌محیطی سیستم میزان آلودگی ناشی از سیستم traveling grate به‌دلیل بهره‌گیری از سیستم‌های غبارگیری قوی مثل multi-clone و electrostatic precipitator با قوانین زیست‌محیطی مطابقت دارد. 9. بهینه کردن بخش خشک کن به معنی کاهش مصرف سوخت از طریق بهینه کردن مراحل خشک کردن با دمش رو به بالا (updraft) و رو به پایین (downdraft)، میزان مصرف سوخت به میزان قابل‌ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد10. مشعل‌ها طراحی مشعل‌های پیشرفته باعث کاهش مصرف سوخت و کم کردن میزان خوردگی و تشکیل NOx می‌شود. در این نوع مشعل‌ها از هوای فشرده استفاده می‌شود که در نتیجه باعث کاهش مصرف سوخت می‌‌شود. این مشعل‌های فشار بالا علاوه بر بهبود راندمان احتراق، باعث کاهش تشکیل سرباره و خوردگی شیمیایی نسوزها با استفاده از حذف قطرات ریز نفت می‌شود. زمانی که توزیع حرارت شعله یکسان باشد، تشکیل NOx به میزان قابل‌ملاحظه‌ای کاهش می‌یابدتعداد زیاد مشعل‌ها در مناطق پخت و پیش گرمکن می‌تواند کنترل دقیقی بر الگوی پخت ایجاد ‌کندتنظیم پروفیل حرارتی آسان است با توجه به تعداد مشعل‌ها و مسیر جریان گازهای فرآیندی، این پروسه از انعطاف‌پذیری بالایی در صورت تغییر خوراک ورودی برخوردار است. 11. انتقال حرارت به روش هم رفت به جای روش تابش موجب رفتار حرارتی یکنواخت می‌‌شود.

کلید واژه ها: سایر موارد


نظر شما :