روش های جایگزین برای تولید آهن (مقاله ترجمه شده)

چکیده

فرایند تولید آهن جایگزین با  روش کوره بلند در حال رقابت است. کوره بلند که مهمترین تولید کننده فلز به روش حرارتی است در طول سال ها دارای عملکرد بهتری شده است و بهتر خواهد شد.نتیجتا جایگزینی کوره بلند کار سختی است. نرخ موفقیت تولید روش آهن جایگزین کاهش یافته و محدود به کارهای حاشیه ای شده است. چرا ما باید به کار دراین حوزه ادامه دهیم؟ به دلیل آن که محرک ها برای توسعه پروسه های جایگزین بسیار قوی هستند. برای مثال کمبود کک یک محرک برای توسعه برپایه زغال سنگ در اروپا در دوره زمانی 1990-1980 بوده است. بعضی از توسعه های جدید با کارهایی که دراین دوره انجام شد تکامل یافتند.درخلال سال 2000 موضوع تغییرات آب و هوایی نیروی محرکه دیگری برای توسعه شده است . همچنین بالاترین سطح قیمت کانه آهن در آخرین دهه (قرن19) می تواند موج جدیدی از توسعه تولید آهن را تهییج کند . فرایند تولید آهن جایگزین HIsarna ، یک مثال از توسعه ای است که با نیروهای محرک بالا ایجاد شده است . این فرایند پتانسیل این را دارد که آزاد سازی گاز  CO2 را به طور قابل ملاحظه ای کاهش دهد. همچنین می تواند به طور اقتصادی تری ارزش مواد خام مانند زغال های بی کک یا کانه های آهن که رنج کیفیت خوبی برای استفاده در تولید آهن به روش کوره بلند ندارند ، را افزایش می دهد. بنابراین فرایند سود اقتصادی به همراه سود محیط زیستی به ما پیشنهاد می دهد.

مقدمه

تولید آهن جایگزین نامی است برای راههای تولید آهن غیر از کوره بلند . فرایندهای تولیدآهن جایگزین شامل فرایند هایی می شود که درآن ها زغال سنگ و همچنین گاز طبیعی استفاده می شود و یک محصول جامد تولید می کنند (HBI/DRI) وهمچنین شامل فرایند هایی می شود که آهن مایع تولید می کنند . برای تقسیم بندی  این فرایندها در یک گروه کوچک تر نوع تولید آهن کوره/ راکتور می تواند به عنوان یک ملاک قرار گیرد . جدول (1) این تقسیم بندی ها را نشان می دهد. ملاک های دیگر ، احیاگری و تولید هستند.

همان گونه که از نام این فرایند برمی آید گداختگی در فرایندها رخ می دهد و یک محصول مایع تولید می شود . خصوصیت دیگر این است که این فرایند ها از زغال سنگ واحیاگر استفاده می کنند نه کک و گاز . فرایند هایی که در جدول (1) آمده است می توانند به عنوان فرایندهای احیای داغ درنظرگرفته شوندکه برخی از آنها عبارتند از:Corex،Finex Tecnored ، فولاد سازی مستقیم AISI، DIOS، Romelt، Ausiron، HIsmelt و HIsarna  .

چرا احیای گداخته ؟

درسال 1992آمیت چاترج کتابش را با عنوان ((فراتر از کوره بلند)) در زمینه احیای مستقیم و احیای گداخته به چاپ رساند . او این گونه بیان کرد که تولید آهن به روش کوره بلند درمسیر توسعه های زیادی که اتفاق افتاده به نزدیکی بلوغ کامل رسیده است . اما او همچنین به بعضی تهدیدها برای کوره بلند اشاره می کندکه عبارتند از:

1- نیازمندی شدید به موادخام

2- نیازمندی به سرمایه زیاد

3- فقدان انعطاف پذیری

4- آلودگی شدید محیط زیست .

شرح

Corex

فرایند Corex موفق ترین نوع احیای گداخته است. واحدهای صنعتی کورکس مختلفی امروزه در حال فعالیت اند . بزرگترین آن ها دارای ظرفیت 5/1 مگاتن در سال هستند . به علاوه این فرایند ، پایه ای برای توسعه فرایندFinex می باشد .

HI sarana

فرایند HIsarna یک توسعه در ULCOS یا پروژه فولاد سازی با درصد CO2 پایین با همراهی HIsmelt است .

برنامه ی ULCOS درسال 2004 با شروع بازی بازیگران اصلی صنعت فولاد اروپا به جریان انداخته شده است . هدف از ULCOS این است که راه حل های مبتکرانه و پیشرفت دهنده را برای کاهش آزادسازی CO2 با حداقل 50 درصد کاهش تا سال 2050 پیدا کند .تولیدآهن به روش کوره بلند ،80 درصد آزادسازی CO2 دارد ، بنابراین ULCOS روی تکنولوژی های تولید آهن تمرکز دارد .

فرایند HI saran

فرایند HIsarna می تواند از کانه ها و زغال های ریز مستقیما در خشک کردن و سنگ شکنی به عنوان تنها احتیاجات پیش فرایندی استفاده کند . این بدان معناست که در این جا نه کک سازی ونه آگلومره سازی کانه های آهن مورد احتیاج است .

نتیجه گیری

کوره بلند هنوز به مراتب تولید آهن فراوان تری دارد . وابستگی به اجاق کک و زغال های کک به طور بسیار زیادی کاهش یافته است اما هنوز وجود دارد .

جایگزینی کامل کوره بلند بعید است که اتفاق بیفتد و نباید مقیاسی برای موفقیت احیای گداخته باشد . حتی یک کاربرد حاشیه ای برای همزیستی احیای گداخته با کوره بلند باید یک موفقیت در نظر گرفته شود و باید به عنوان یک توسعه جدید توجیه شود .

چالش های زیست محیطی به استثنای موضوع CO2 با بهبود تکنولوژی های موجود قابل مدیریت هستند .

موضوع CO2بسیار پیچیده است و احتیاج به تلاش های بنیادی برای توسعه دارد. این مسئله علاقه به احیای گداخته را افزایش داده است .

برای سال های زیادی صنعت فولاد از فراهم بودن کانه های باکیفیت آهن سود می برد و فقط قیمت معدنکاری و هزینه های انتقال مطرح بود . این دوره تا آخردهه قبل ادامه داشت .

هزینه بالای کانه های آهن باکیفیت ( باکیفیت از منظر کوره بلند) یک دلیل ناگزیرانه و جدید برای جستجوی فرایند تولید آهن با ظرفیت کار با کانه های کم عیارتر به وجود آورد .

کوره بلند هم دراین جهت تولید انگیزه کرد . یک سوال باقی می ماند: آیا کوره بلند می تواند وابستگی خود را به کیفیت کانه های اولیه کاهش دهد یا با زغال کک یک فرصت خوب برای احیای گداخته ایجاد شده است ؟

فرایند HI sarna مانند تکنولوژی گدازنده HI smelt که با آن مخلوط شده است ظرفیت استفاده از کانه های آهن را با سطح بالاتری از تیتانیوم و فسفر نسبت به مقدار مجاز در کوره بلند فراهم آورده است .

مزایای دیگر فرایند HI sarna عبارتند از:

1- کاهش آزاد سازی گاز CO2 ، 20درصد به ازای هر تن .

2- کاهش آزاد سازی گاز CO2 ، 80 درصد به ازای هرتن اگر فرایند با CCSترکیب شود .

3- حذف کک و واحد آگلومره یا گندله سازی .

4- استفاده از زغال های غیر ککی .

5- استفاده از کانه های کم ارزش آهن در بیرون از رنج کیفیت مورد نیاز برای کوره بلند .

6- از نظر اقتصادی این فرایند جذاب است حتی در اندازه کوچک .

اولین فعالیت آزمایشگاهی در واحد پایلوت HI sarna یک گام بزرگ در توسعه این فرایند بوده است.

فعالیت های بیشتری درمقیاس پایلوت مورد نیاز است و احتمالا مراحل اضافی دیگری برای رساندن تکنولوژی به بلوغ مورد احتیاج است.

این مقاله ISI در سال 2013 در نشریه اسپرینگر و در مجله معاملات موسسه فلزات هند، توسط توسعه و فناوری تحقیقات فولاد تاتا منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله روش های جایگزین برای تولید آهن در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.