کوره ذوب آهن

اندازه گیری،ایزولاسیون و حذف نویز سیگنال های دما، فشار و فلو


کوره ذوب‌آهن (بلند) چیست؟

به کوره‌های عمودی که برای احیاء سنگ آهن و استخراج این فلز در کارخانه‌های ذوب آهن مورد استفاده قرار می گیرند، کوره بلند گفته می شود. کوره بلند، قدیمی ترین روش احیاء آهن از سنگ معدن بشمار می رود.

سیر تحولی کوره های بلند ذوب آهن

کوره های بلند ذوب فلزات برای اولین بار در قرن پنجم و در چین مشاهده شده است. اروپایی ها از قرون وسطی به استفاده از این نوع کوره ها روی آورده و در ایران اولین و بزرگترین کوره بلند توسط شوروی سابق و در ذوب آهن اصفهان به بهره برداری رسیده است. کوره های بلند دیگری با ظرفیت کمتر و تکنولوژی مدرن تری در ایران توسط کمپانی پوسکو کره جنوبی ساخته شده است. کوره‌های روسی به مدل‌های زنگ‌دار معروف هستند و کوره‌های کُره ‌ای بدون زنگ و با تکنولوژی مدرن تری ساخته می‌شوند.

نمایی از یک کارخانه و کوره قدیمی ذوب آهن

در طول سال‌های گذشته از اولین کوره بلند تا به امروز اصول کار آن تفاوت چندانی نکرده است به همین دلیل طراحی ساختمان و تجهیزات آن تقریباً از همان اصول اولیه پیروی می‌کند. در ساخت کوره‌های بلند مهم‌ترین قسمت‌ها عبارت‌اند از: فونداسیون، ستون‌ها، بوته، تجهیزات نگه‌دارنده کوره و دهانه. همچنین خصوصیات اولیه‌ای که برای طراحی قسمت‌های مختلف این کوره در نظر گرفته می‌شود به شرح زیر است:

  • ظرفیت کوره
  • فشار هوای دم
  • فشار بالای کوره
  • مقدار مصرف پیش‌بینی شده کک به ازای یک ‌تن آهن خام تولیدی

با وجود یکسان بودن اصول کلی ساخت کوره، طراحان مختلف ممکن است نسبت به ابعاد قسمت های مختلف آن دیدگاه ای متفاوتی داشته باشند زیرا از گذشته طراحی کوره بر تجربه سازنده اتکا داشته است. بین سالهای ۱۸۶۱ تا ۱۹۸۰ طراحی های گوناگونی از کوره های بلند ارائه شد که با توجه به ظرفیت کوره، ابعاد قسمت های مختلف آنها نیز تغییر می کرد. به ‌طور مثال به‌تدریج شیب تنوره کاهش ‌یافته و یا با بزرگ شدن کوره، ابعاد بوته متناسب با ظرفیت آن افزایش نیافته است. دلیل اصلی این قضیه استفاده از کانه‌های آهن تغلیظ شده یا کلوخه و به‌طورکلی بار آماده شده و مرغوب‌تر است. تا دهه 80 میلادی در کشورهای صاحب فناوری، از کوره های بلند بزرگتر استفاده می شد اما رفته رفته از دهه 90 ساخت کوره های بلند با ظرفیت کم در دستور کار قرار گرفت. دلیل اصلی این امر در دسترس نبودن کک مرغوب و هزینه بالای کک سازی (که نیاز کوره های بلند بزرگتر است) اعلام گردید.

تصویر یک کوره مدرن ذوب آهن

کوره ذوب آهن چگونه کار می کند؟

توليد چدن مذاب از سنگ‌آهن معدنی، مهم‌ترین هدف واحد كوره بلند است. از این چدن مذاب در بخش فولاد سازی و یا کارگاه چدن ریزی استفاده میشود. سنگ‌آهن، آگلومره، كك، آهک و کمک‌ذوب‌ها از دهانه‌ی بالایی کوره شارژ شده و هوای داغ از پایین به این مخلوط که از دهنه بالایی وارد شده دمیده می‌شود. در فرآیند احیاء از دیگر کمک سوخت‌ها هم مانند گاز طبیعی و مازوت استفاده می شود. با دمیده شدن هوای گرم از پایین، کک موجود می سوزد و حرارت لازم برای احياء و ذوب سنگ‌آهن به وجود می‌آید.

تصویر شماتیک عملکرد کوره ذوب

سیستم خنک کننده مورد استفاده در کوره های بلند معمولا از نوع آبی می باشد. در این نوع سیستم گردش آب باعث انتقال حرارت می شود و به گردش در آوردن آب توسط پمپ های مخصوصی انجام می شود. در بوته کوره که تحتانی ترین قسمت کوره نیز است، سنگ‌آهن مذاب در دو سطح سرباره و چدن جمع می شوند و بصورت جداگانه و متناوب از کوره خارج می گردند. چدن در سطح پایین و سرباره در سطح بالاتر بوته قرار می‌گیرد و پس از تخلیه، هرکدام در جوي مخصوصي كه دارای بستر نسوز مناسب است، سرازیر می‌شوند. سپس به‌طور جداگانه در پاتیل‌های حمل چدن و سرباره تخلیه‌ می شوند. پاتیل‌های سرباره با واگن به كارگاه دانه‌بندی منتقل و پاتیل‌های چدن جهت تولید فولاد به واحد فولادسازی ارسال می‌شوند. مهم‌ترین بخش‌های کوره بلند عبارت‌اند از:

  • كارگاه اصلي كوره بلند
  • كارگاه چدن‌ریزی
  • كارگاه سرباره
  • كارگاه آماده‌سازی پاتيل و تأسیسات بونكرها و ذخیره‌سازی مواد

واکنش‌های شیمیایی کوره بلند ذوب آهن

هوای داغ ورودی با کک یا همان کربن، ترکیب‌شده و به منو کسید کربن تبدیل می‌شود و مقدار بسیار زیادی گرما آزاد می‌کند. در این مرحله دمای کوره به بالاترین مقدار یعنی حدود ۱۵۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد.

2C + O2 = 2CO

واکنش‌های این مراحل عبارت‌اند از:

3Fe2O3 = 2Fe3O4 + CO

CaCO3 = CaO + CO2

Fe3O4 در ناحیه پایین‌تر کوره که دمای بالاتری دارد به FeO تبدیل می‌شود.

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2

در داغ‌ترین ناحیه کوره، کاهش به آهن فلزی صورت می‌گیرد.

FeO + CO = Fe + CO2

سرباره مذاب که عمدتاً کلسیم سیلیکات است به‌وسیله اثر نمایی گدازآور بر روی هرزه سنگ‌آهن تولید می‌شود. این سرباره‌ی شناور بر روی مواد مذاب، از اکسید شدن فلز به‌وسیله هوای ورودی جلوگیری می‌کند.

در این فرایند، واکنش‌های کاهش اکسیدهای آهن برگشت‌پذیر بوده و کاهش تا حد لازم فقط زمانی انجام می‌شود که دی‌اکسید کربن حاصل از بین برده شود. مقدار زیاد کک، کمک می‌کند که کاهش اکسیدهای آهن بهتر انجام شود.

CO2 + C = 2CO

درنهایت منواکسید کربن و نیتروژن موجود در هوای دمیده شده (که گازی بی‌اثر در فرآیند است) به‌صورت مخلوط گازی از بالای کوره خارج می‌شود. این گاز داغ را با هوا ترکیب می‌کنند تا منواکسید کربن آن بسوزد و به مبدل گرمایی برود تا در آنجا بتواند هوای ورودی به کوره را پیش گرم نماید و راندمان کلی افزایش یابد.

پیشنهاد های شرکت برگ برای فرایند کوره ذوب آهن :

برای محافظت از داغ شدن بیش از حد کوره ذوب آهن (بلند) از سیستم های خنک کننده مبتنی بر گردش آب استفاده می شود. این سیستم های خنک کننده آبی، دارای الزامات طراحی منحصر به فردی هستند که از خرابی کوره های بلند و تاسیسات جانبی جلوگیری می کنند.

تصویر گرافیکی از پمپ های سیستم گردش آب کوره ذوب آهن

برای اطمینان از عملکرد صحیح سیستم خنک کننده، باید دما و جریان (فلو) و فشار آب تحت نظارت و کنترل باشد. بدین منظور اندازه گیری پیوسته و پایدار دما، فلو و فشار آب ضروری خواهد بود. همچنین بر عملکرد پمپ های فشار قوی که وظیفه به گردش در آوردن آب را دارند باید نظارت انجام گیرد.

تصویر گرافیکی از پمپ گردش آب و سنسور فشار نصب شده روی آن

پیشنهاد برگ برای اندازه گیری فشار آب موجود در سیستم خنک کننده ترانسمیترهای فشار Quantum پیشنهاد می شوند که دارای دقت بالا و عمر طولانی می باشند. برای مشاهده اطلاعات بیشتر روی تصویر زیر کلیک کنید.

ترانسمیترهای فشار Quantum

به منظور اطمینان از عملکرد ایمن این کوره ها فلومتر ها میزان جریان آب خنک کننده در لوله ها را کنترل کرده و در صورت رسیدن به محدوده های تعیین شده، سیگنال های هشدار و فرمان لازم را تولید می کنند. از آنجایی که حفره زایی (cavitation) ناشی از اختلال در ناحیه مکش پمپ (به عنوان مثال هوای محبوس در محیط، گرفتگی فیلترها، رسوب در لوله ها، دریچه های باز نشده و غیره) می تواند به طور جدی به پمپ های فشار قوی آسیب برساند، باید به موقع تشخیص داده شود. با اندازه گیری میزان لرزش پمپ، می توان از بروز آسیب و خرابی جلوگیری کرد. نظارت بر عملکرد سیستم پمپ منجر به فواصل نگهداری طولانی تر و افزایش زمان کارکرد کل واحد می شود. . برای اندازه گیری فلو در این فرایند، فلومتر Burkert 8045 پیشنهاد می شود. برای مشاهده جزییات بیشتر روی تصویر زیر کلیک کنید.

فلومتر ۸۰۴۵ بورکرت

برای اندازه گیری دقیق و پایدار دما، و همچنین حذف نویزهای الکترومغناطیسی محیط، ایزولاتور – مبدل های PR Electronics پیشنهاد می شوند. این تجهیزات دارای ایزولاسیون بالا بوده و قابلیت حذف نویز های محیط و حفاظت از تجهیزات کنترل و اتوماسیون در برابر سیگنال های مزاحم و نویزهای الکترومغناطیسی را دارا می باشند. برای مشاهده جزییات بیشتر روی تصویر کلیک کنید.

تجهیزات Signal Conditioning برند PR دانمارک

جمعی از مصرف کنندگان تجهیزات PR Electronics و Burkert در صنایع کشور:

گروه ملی صنعتی فولاد ایران: فلو کنترلر جرمی Burkert 8626
فولاد امیرکبیر کاشان: ایزولاتور – ریپیتر جریان مدل PR 3103 و ترانسمیتر دمای HART مدل PR 5337D و ترانسمیتر دما مدل PR 5333A و نمایشگر – رله کنترلر PR 5714
آلومینای ایران: رله کنترلر یونیورسال مدل PR 4131 و ترانسمیتر و مبدل دما مدل PR 5331A و ترانسمیتر ضد انفجار دما مدل PR 5335D
فولاد غرب آسیا: پرشر سوپیچ TAPS130 و ترانسمیتر و مبدل دما مدل PR 5331A و شیر سلونوئیدی پلانجری Burkert 6014 و شیر کنترلی نیوماتیک Burkert 8802 و ست تجهیزات جانبی Burkert 2518
صنایع معدنی فولاد سنگان خراسان: پوزیشنر دیجیتال الکترونیوماتیک Burkert 8792
فولاد سیرجان ایرانیان: شیر سلونوئیدی دیافراگمی Burkert 6281 و شیر سلونوئیدی نیوماتیک Burkert 6519 و ست تجهیزات جانبی Burkert 2518 و SET3
ملی صنایع مس ایران: شیر زاویه ای نیوماتیک Burkert 2000 و شیر دیافراگمی نیوماتیک Burkert 2030 و ست تجهیزات جانبی KT01 و PK02
فولاد غدیر نی ریز: پرشر سوئیچ Burkert 8311
سیمان زابل: شیر سلونوئیدی Burkert 0330 و سنسور فلومتر Burkert S030
سیمان اصفهان: مبدل یونیورسال مدل PR 4114 و  مبدل – رله کنترلر یونیورسال مدل PR 4116 و مبدل – تقویت کننده یونیورسال PR 4184

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *