دانلود رایگان مقاله توسعه روش های جایگزین برای تولید آهن

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.

1-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  . 

       در حال حاضر 5 مورد  از این 10تکنولوژی متوقف شده اند ، 3 مورد از آن ها در مرحله پایلوت قرار دارند و 2 مورد دیگر به حالت صنعتی درآمده اند، اما فقط یک فرایند یعنی Corex با کاربردهای صنعتی مختلفی تجاری سازی شده است. 

       ثابت شده است که رقابت با فرایندی که به خوبی جا افتاده است مثل کوره بلند بسیار سخت است . خصوصا برای توسعه ای که تضمین نکرده است که عملکرد آن به اندازه کافی خوب باشد. به منظور پذیرش ریسک توسعه، فرایند مورد توسعه باید عملکردی فراتر از کوره بلند برحسب بازده انرژی ، کیفیت محصول و استواری فرایند داشته باشد و در زمانی مشابه در حوزه اطمینان دهی ، ایمنی، عملکرد نگهداری و آخرین هزینه ها تعامل داشته باشد. 

       توسعه یک فرایند تولید آهن جدید نیازمند زمان ، پول و ذخیره سازی و از همه مهمتر نیاز بازار است که پروژه را در دره نابودی بین فاز تحقیقات- پایلوت و ابزاربندی اولیه صنعتی هدایت می کند. بسیاری از توسعه ها هنگامی که پول کم آمد ومدت زمان صبرکردن برای نتیجه از حد گذشت ، ترک شده اند .

2-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 .

      او نتیجه گیری کرد که کک به خاطر نیاز به زغال کک دار و همچنین موضوعات زیست محیطی ساخت کک بزرگترین تهدید است . 

       این کتاب درسال 1992نوشته شد . امروز که بیست سال بعد است وضعیت چندان فرقی نکرده است . اما یک توسعه کوچک به وجود آمده که احتیاج است به آن اشاره شود.

1 . 2 کک 

       در دوره زمانی 1995-1985 علاقه شدیدی به احیای گداخته در اروپا وآمریکا به خاطر اجاق های کهنه کک سازی ومشکلات زیست محیطی تولید کک به وجود آمد.

Abstract

      Alternative ironmaking processes compete with the blast furnace process route. The blast furnace, the most important hot metal producer, has improved over the years and continues to do so. Consequently replacing the blast furnace is a formidable task. The success rate of alternative processes has been low, i.e. limited to niche applications. Why do we continue to work in this field? Because the drivers to develop alternative processes are very strong. For example, the expected coke shortage has been the driver for coal based developments in Europe in the period 1980–1990. Some of the recent developments evolved from the work done in that period. In later years, around the year 2000, the Climate Change issue became the driver for development. And the high price level of iron ore of the last decade can spur a new wave of ironmaking developments. The HIsarna alternative ironmaking process is an example of a development that combines several of the drivers mentioned above. The process has the potential to considerably reduce the CO2 emissions per ton. But it can also use more economically priced raw materials such as non coking coals and iron ores outside the quality range for blast furnace ironmaking. Therefore the process can offer economic benefits as well as environmental benefits.

1 Introduction

      Alternative ironmaking is a collective name for all ironmaking production routes other than the blast furnace ironmaking route. The alternative ironmaking processes include processes using coal as well as natural gas and processes producing a solid product (HBI/DRI) as well as processes producing liquid iron. To subdivide these production routes into smaller groups the type of ironmaking furnace/reactor can be used as a criterion. The table below shows such a division. Other criteria are the reductant and the product.

       As the name suggests smelting takes place in the process and a liquid product is produced. A further characteristic is that these processes use coal as reductant, not coke or gas. The following processes from Table 1 can be considered Smelting Reduction processes; Corex, Finex Tecnored, AISI Direct Steelmaking, DIOS, Romelt, Ausiron, HIsmelt, CCF and HIsarna.

      Presently from these 10 technologies, 5 have stopped, 3 are in the pilot plant stage and 2 have reached industrial status. But only 1, the Corex process, has been commercialised with several industrial applications.

      It proves to be extremely difficult to compete with a process that is so well established as the blast furnace. Even a development promising to match its performance is not good enough. In order to accept the development risk it must exceed the blast furnace performance in terms of energy efficiency, product quality and consistency. And at the same time perform in the areas of reliability, safety, maintenance performance and most of all costs.

       The development of a new ironmaking process requires time, money and perseverance, and most importantly a business need that guides the project through the ‘‘Valley of Death’’ between the research/pilot phase and the first industrial implementation. Many developments stranded when the money or the patience ran out.

      The question raised and hopefully answered in this paper is: ‘‘Is it worth to continue the development of new ironmaking technologies to replace the blast furnace route and if so, why?’’

2 Why Smelting Reduction

       In 1992 Amit Chatterjee [1] wrote his book ‘‘Beyond the blast furnace’’ on direct reduction and smelting reduction processes. He states the following: The Blast furnace ironmaking has achieved near perfect maturity through intensive developments that have taken place around the globe. But he also mentions some threats for the blast furnace route:

• Very strict raw material requirements.

• High capital requirement.

• Lack of flexibility.

• Strict environmental policies.

      He concludes that coke is the biggest threat because of the need for high quality coking coal and because of the environmental issues of cokemaking.

       This was written in 1992. Now 20 years later the situation is not dramatically different. But a few developments need to be mentioned.

2.1 Coke

       In the period 1985–1995 there was a strong interest in smelting reduction in Europe and the USA because of aging coke ovens and environmental problems with coke production.

چکیده: 

1- مقدمه :

2- چرا احیای گداخته ؟ :

1 . 2 کک 

2 . 2  تغییرات آب و هوایی و توانایی پایداری

3 . 2 کانه های آهن

3 – شرح : 

1 . 3  Corex 

2 . 3 Finex  

3 . 3 Tecnored 

4 . 3 HI smelt 

4- HI sarana 

1 . 4  فرایند HI saran

2 . 4 سیکلون گداخت

3 . 4 تکنولوژی گدازنده

4 . 4  واحد پایلوت

5 . 4 فعالیت های آزمایشگاهی

5 نتیجه گیری 

Abstract

1 Introduction

2 Why Smelting Reduction

2.1 Coke

2.2 Climate Change and Sustainability

2.3 Iron Ores

3 Status

3.1 Corex

3.2 Finex

3.3 Tecnored

3.4 HIsmelt

4 HIsarna

4.1 HIsarna Process

4.2 Smelt Cyclone

4.3 Smelter Technology

4.4 Pilot Plant

4.5 Experimental Campaign

5 Conclusions