فرآیند تولید آهن و روش های تولید آن

آهن یکی از رایج ترین عناصر روی زمین است. تقریباً در هر ساخت و ساز انسان حداقل کمی آهن وجود دارد. این فلز همچنین یکی از قدیمی ترین فلزات است و حداقل 3500 سال پیش به اشیا مفید و تزئینی تبدیل شده است. تولید آهن از سنگ معدن آن شامل یک واکنش کاهش اکسیداسیون است که در کوره انجام می شود. سنگ آهن معمولاً مخلوطی از آهن و مقادیر زیادی ناخالصی مانند شن و ماسه است که از آن به عنوان گانگ یاد می شود. آهن موجود در سنگ معدن آهن به صورت اکسید آهن یافت می شود.

روش های تولید آهن :

آهن به صورت کلی به دو روش تولید می گردد :

کوره بلند یا احیای غیر مستقیم

روش کوره قوس الکتریکی و یا احیای مستقیم

روش اول

بیشتر فولاد خام جهان به وسیله کوره های بلند تولید می شود.در روش احیای غیر مستقیم که در ذوب آهن نیز مورد استفاده قرار می گیرد سنگ آهن را به همراه کک و آهک از بالای کوره کرده و آهن خام بدست می آید سپس آهن را به فولاد تبدیل کرده و پس از جدا کردن ناخالصی، فولاد خام تولید می شود.

روش دوم

روش احیای مستقیم آهن نسبت به کوره بلند برای تولید فولاد توجیح پذیر تر می باشد. در روش کوره قوس الکتریکی از قراضه آهن و یا آهن اسفنجی استفاده می شود .در ایران به دلیل کمبود قراضه از آهن اسفنجی بیشتر استفاده می شود.مجتمع فولاد جنوب از این روش برای تولید فولاد خام استفاده می کند .اکثر فولاد تولیدی ایران از این روش می باشد .

در کوره قوس الکتریکی به دلیل استفاده از آهن قراضه سرعت تولید بالاتر است و از نظر هزینه ی ساخت کوره بسیار کم هزینه تر نسبت به کورهی بلند می باشد .از نظر زیست محیطی نیز کوره های قوس الکتریکی آلودگی به مراتب کمتری دارند.در ضمن آهن اسفنجی عیار بالاتر و جابه جایی راحتری دارد.

فرآیند تولید آهن و روش های تولید آن

سوخت کوره

عمل ایجاد گرما و عمل احیا کنندگی دو عمل در سوخت کوره بلند می باشد و به دو دسته عمده طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌شوند. برخی از سوخت‌های طبیعی مانند زغال سنگ آنتراسیت و زغال سنگ قیری و لینیت ، بیشتر جنبه تاریخی دارند تا جنبه اقتصادی و از بین سوخت های مصنوعی کک اهمیت زیادی نسبت به زغال چوب داشته و در اکثر کارخانه ها بکار می‌رود.

کک دارای مزایای از قبیل تخلخل ، سختی ، فراوانی ، قابلیت احتراق بیشتر و ارزانی می‌باشد. برای تهیه کک باید چند نوع زغال سنگ را که مواد فرار موجود در آنها متفاوت می‌باشد، با یکدیگر مخلوط و در کوره‌های مخصوص به کک تبدیل نمود. که این مرحله را کربنیزاسیون می‌نامند. ترکیب شیمیایی کک عبارت است از ۹۴-۸۵ درصد کربن و مابقی شامل مواد فرار ، خاکستر ، گوگرد و رطوبت می‌باشد.

شستشوی زغال

شستشوی زغال به دلیل ماهیت وپیچیدگی خاص خود، با فرآوری دیگر مواد معدنی بسیار متفاوت است نه تنها در مراحل شناسایی وتعیین هویت، بلکه در به کار گیری از روشهای مختلف شستشو وطراحی فلوشیتهای زغال شویی نیز نمی توان این روشهای موجود فرآوری در مورد سایر مواد معدنی ، استفاه کرد. به همین دلیل باید روش های مخصوص شستشوی زغال سنگ را مورد بررسی قرار داد تا بتوان بهترین نتیجه را به دست آورد در مورد شستشوی زغال سنگ در معادن زرند نیز متخصصین بعد از مطالعه فراوان ،روشهایی را برای شستن زغال سنگ در معادن انتخاب کردند که جهت آگاهی از ان روش ها اقدام به تهیه مطلبی هر چند کوتاه گردید .که به شرح ذیل می باشد.

یکی از مهمترین اهداف شستشوی زغال سنگ، بهبود کیفیت زغال در تهیه کک متالوژی به منظور تولید فولاد است. در تهیه کک متالوژی، شستشو زغال جایگاه ویژه ای دارد. به عنوان مثال وجود خاکستر وعناصر مضر مشکلاتی را پدید می آورد.که شامل موارد زیر می باشد :

خاکستر موجود در زغال سنگ مصرف مواد را بیش از حد افزایش می دهد.

با افزایش یک درصد خاکستر زغال کک شو ، تولید فولاد به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

خاکستر زیاد حجم سر باره را افزایش می دهد.

اکسایش کک افزایش می یابد.

حساسیت وکارآیی کوره کاهش می یابد.

وجود گوگرد بیش از حد استاندارد،باعث تردی وشکنندگی آهن می شود وخوردگی فولاد را نیز افزایش می دهد.

تهیه کک متالوژی با شرایط فنی قابل قبول بدون عملیات شستشو امکان پذیر نمی باشد.به همین دلیل باعث احداث کارخانه زغالشویی در زرند که به روش مکانیزه استخراج می گردد شد. عملیات شستن زغال وتهیه کک به دوروش شستشو به روش واسطه سنگین وفلوتاسیون زغال انجام خواهدگرفت .