تحقيق در مورد آهن و فولاد

توضیحات پروژه

 تحقيق در مورد آهن و فولاد دارای 59 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد تحقيق در مورد آهن و فولاد  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه و مقالات آماده و تنظیم شده است

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي تحقيق در مورد آهن و فولاد،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد

بخشی از متن تحقيق در مورد آهن و فولاد :

وضعیت جهانی مواد اولیه برای تولید آهن و فولاد
انتخاب شیوه های تولید آهن و فولاد به روش كوره قوس الكتریكی و غیره می تواند به نوع كمیت ذخایر مواد اولیه در دسترس و عیار آنها بستگی داشته باشد . همچنین انتخاب فرایندهای احیای مستقیم در كوره های تنوره دار ،‌كوره ها ی دوار،‌بسترهای سیال و غیره نیز به نوع سنگ آهن و عیار آهن در دسترس بستگی دارد،‌زیرا در روشهای احیای مستقیم سنگ آهن و نیز نوع و كیفیت مواد اولیه می تواند در كیفیت آهن اسفنجی، چدن و فولاد تولیدی و در نتیجه مصرف انرژی، مواد ،‌استهلاك كوره ها و بازده آنها در فرایند تولید آهن و فولاد تأثیر داشته باشد.

تركیب گاز خروجی نیز خود متأثر از نوع سنگ آهن و بازده گاز احیاكننده بوده و می تواند در فرایند تولید گاز در برخی از روشها در طول كاتالیزورهای مصرفی مؤثر باشد.
ماده اولیه برای ساخت و تولید گندله
برای گندله سازی سنگهای آهن خرد و آسیا شده با دانه بندی بین صفر و صد میكرون در سطح جهان به عنوان خوراك گندله عرضه می گردد. این ماده اولیه در صورت آسیاكردن تكمیلی در مدتی كوتاه برای واحدهای احیای مستقیم مانند مجتمع های فولاد اهواز و مباركه كه مجهز به تجهیزات گندله سازی هستند، باری مناسب بشمار می آیند. در برخی از فرایندهای احیای مستقیم از گندله خام و خام سخت شده نیز استفاده می شود.

ماده اولیه برای ساخت و تولید كلوخه
سنگهای آهن تجاری با دانه بندی زیر 10 میلیمتر (معمولا 6 میلیمتر) برای كاربرد در كوره بلند و واحدهای احیای مستقیم در سطح جهانی به عنوان خوراك كلوخه عرضه می گردد. این مواد برای استفاده در كوره بلند مستقیماً به بار اولیه دستگاه كلوخه سازی اضافه می شود و برای استفاده در روشهای احیای مستقیم می‌تواند بعد از آسیا شدن مجدد به مواد بار اولیه گندله نیز اضافه گردد.

در مجتمع های احیای مستقیم مجهز به واحدهای گندله سازی خوراك كلوخه برای گندله سازی نیز مناسب است بخصوص كه حمل و نقل این ماده نسبت به خوراك گندله سهلتر و تلفات نسبی آن در حمل و نقل كمتر است،‌مضافاً به اینكه تجهیزات ویژه ای برای حمل و نقل لازم ندارد.

گندله طبیعی
سنگهای آهن با ابعادی حدود 6 تا 7 میلیمتر نیز در بازارهای بین المللی عرضه می گردد . اگر دانه بندی سنگهای 15 میلیمتر باشد به عنوان گندله طبیعی عرضه می شود. این ماده پیش از مصرف سرند شده و پس از حذف نرمه آنها می تواند در كوره های احیای مستقیم مورد استفاده قرار گیرد.

به علت سطوح خاص این سنگها بویژه گوشه های تیز دانه های آن ونیز سختی پایینتر آن نسبت به گندله های پخته ، در كوره نرمه بیشتری تولید می كند. گندله های طبیعی را نیز می توان پس از خرد و آسیا كردن به بار اولیه كلوخه سازی اضافه كرد.

4ـ1ـ مرغوبیت جهانی سنگ آهن برای احیای مستقیم
همانطور كه پیش از این اشاره شد ،‌در انتخاب سنگهای آهن برای فرایندهای احیای مستقیم توجه به آنالیز شیمیایی در اولویت قرار دارد. كیفیت سنگهای آهن از نظر ناخالصی ها در طیف وسیعی قرار دارند. سنگهای آهن با عیار بالا و با تركیبات بازی در اولویت قرار دارند.

4ـ2ـ وضعیت جهانی آهن قراضه
در اغلب روشهای احیای مستقیم مانند روشهای میدركس، پوروفر، اج ـ وای ـ ال و قائم به علت ویژگی آهن اسفنجی تولیدی، ذوب آن جهت پالایش به تنهایی مقدور نیست، لذا باید یا دربار كوره بلند و یا در كنورتور و یا در حوضچه مذابی از آهن قراضه در كوره قوس و یا به بار مذاب كوره القایی اضافه شود.

با توجه به افزایش ریخته گریهای مداوم و كاهش ضایعات آنها نسبت به ریخته گریهای غیر مداوم و افزایش تولید فولاد در كوره های قوس الكتریكی و افزایش نسبی مصرف آهن قراضه در آنها، میزان قراضه برگشتی بمرور كاهش می یابد.

مضافاً به اینكه وجود ناخالصیهای غیر مجاز و تنوع قراضه ها شرایط كار با آنها را بمرور مشكلتر می سازد . كمبود آهن قراضه برای كنورتور می تواند بوسیله آهن اسفنجی جبران گردد زیرا هم تركیب آهن اسفنجی یكنواختر و هم درجه فلزی آهن بالاتر است و لذا آهن اسفنجی برای كاربرد به جای آهن قراضه ، مجاز و مطلوب می باشد.

با توجه به اینكه تولید یك تن فولاد خام در روش سنتی حدود 58/2 تن سنگ آهن ، سنگ آهك و كك لازم دارد،‌حال آنكه همین مقدار فولاد خام را با حدود یك تن قراضه با مقدار محدودی مواد آلیاژی می توان تولید كرد، ارجهیت تولید فولاد از آهن قراضه نسبت به تولید آن از مواد اولیه معدنی مشخص می شود.

میانگین مصرف آهن قراضه برای تولید 723 میلیون تن فولاد خام طی دهه 1990 میلادی بالغ بر 9/327 میلیون تن بوده است (‌ردیف 2 جدول 5ـ1) ،‌یعنی حدود 50 درصد فولاد خام تولیدی، از طریق مصارف آهن قراضه تولید شده است، لذا هرچه مواد اولیه كمتری برای تولید فولاد مورد نیاز باشد، متناسباً استخراج حمل و نقل، فرآوری مواد كمتر و در نتیجه مواد آلوده كننده كمتری به محیط زیست وارد خواهد شد.

علاوه بر صرفه جوییهای فوق،‌تأمین انرژی برای كلوخه سازی ،‌گندله سازی ،‌كك سازی و غیره را نباید از نظر دور داشت. مجموع صادرات و واردات آهن قراضه 10 كشور در دهه 1990 میلادی در جدول 6 آمده است. از داده های این جدول و مقایسه آن با ارقام جدول 1ـ5 می توان دریافت كه در دهه 1990 میلادی :
ـ مجموع صادرات و واردات آهن قراضه این كشورها ( ستون 12 ، جدول 1ـ6) ،‌از صادرات و واردات جهانی آهن قراضه (‌ردیف 3 و 1ـ5) كمتر است. اختلاف این دو صادرات و واردات آهن قراضه سایر كشورها می‌باشد.

ـ آمریكا بین كشورهای صادر كننده آهن قراضه، بیشترین سهم را دارد و پس از آن كشورهای اروپایی و بالاخره شوروی سابق عمده ترین صادر كننده در بلوك شرق بوده اند.
ـ در بین كشورهای وارد كننده آهن قراضه ،‌ایتالیا و اسپانیا عمده ترین واردكنندگان آهن قراضه بوده اند و كشورهای تركیه،‌كره جنوبی ،‌هندوستان و تایوان در مقامهای بعدی قرار دارند و میزان واردات آنها بمرور افزایش یافته است.

ـ‌با توجه به روند صعودی تولید فولاد خام در كشورهای رو به رشد (ردیفهای 1 و 2 جدول 1ـ5) و برخورداری از ریخته گریهای مداوم و تولید نسبی قراضه كمتر، كمبود آهن قراضه این كشورها آنها همه ساله افزایش یافته است به طوری كه میزان واردات آهن قراضه این گروه كشورها از 647/4 میلیون تن در سال 1981 میلادی به 372/10 میلیون تن در سال 1990 افزایش یافته است (ردیفهای 2 تا 4 جدول 1ـ5) . در این گروه كشورها در سال 1990 میلادی 254/14 میلیون تن آهن اسفنجی تولید و بجای آهن قراضه مصرف شده است.

سنگ آهن و مشخصات آن
سنگ آهن مهمترین ماده اولیه برای تولید آهن و فولاد می باشد. به طور كلی قسمت عمده سنگ آهن در روش سنتی تولید آهن و فولاد (كوره بلند / كنورتور) و فقط قسمت جزئی از آن در سایر روشها بخصوص احیای مستقیم مصرف می شود ،‌به طوری كه از كل مقدار سنگ آهن كه در جهان مورد استخراج قرار می‌گیرد، كمتر از 10 درصد آن به منظور كاربرد در روش احیای مستقیم و بیش از 90 درصد آن در كوره بلند مصرف می گردد.

مشخصات لازم برای سنگ آهن با توجه به نوع مصرف و منطقه تولید و تهیه، متفاوت می باشد. مثلاً سنگ آهنی كه بخوبی در روش سنتی قابلیت كاربرد دارد ممكن است به هیچ وجه قابل مصرف در روش های احیای مستقیم نباشد و یا مشخصات لازم برای مصرف خاك سرخ در رنگ سازی كاملاً متفاوت از مصارف متارلوژی آن است.

بدین ترتیب ملاحظه می شود كه نه تنها مشخصات لازم برای سنگ آهن در مصارف مختلف و همچنین نقاط مختلف یكسان نیست حتی در مورد هر كوره بلند و یا روش احیای مستقیم باید مشخصات سنگ آهن با نوع كوره ، ظرفیت ، ارتفاع آن و غیره مطابقت داشته باشد. در جدول 2ـ1 مواد اصلی لازم برای تولید یك تن فولاد را نشان می دهد.

جدول 2ـ1 مواد اولیه اصلی لازم هر تن فولاد
ماده اولیه مقدار به ازای هر تن فولاد ملاحظات و محل مصرف
سنگ آهن 1500 تا 2000 كیلوگرم
كك 400 تا 500 كیلوگرم در كوره بلند و روش سنتی

سنگ آهن 100تا200 كیلوگرم در كوره بلند و تولید گندله خودگداز
هوا 1900 تا 2000 كیلوگرم در كوره بلند
مواد افزودنی مانند ینتونیت 10 تا 50 كیلوگرم در گندله سازی
اكسیژن 40 تا 50 متر مكعب در فولاد سازی از چدن (كنورتور)
گاز طبیعی 100 تا 120 متر مكعب در كوره بلند

گاز طبیعی 300 تا 700 متر مكعب در احیای مسقیم بر حسب نوع روش
انرژی الكتریكی 500 تا 600 كیلووات در فولادسازی از آهن اسفنجی
در كوره قوس الكتریكی
انرژی 5/1 تا 3 میلیون كیلووات تولید گندله و پخت آن
انرژی 3/0 تا 5/0 میلیون كیلو كالری پخت كلوخه
آب 70 تا 80 مترمكعب

نسوز 30 تا 50 كیلوگرم بر حسب نوع روش

مشخصات هریك از مواد اولیه جدول 2ـ1 به نوع روش و عوامل بستگی دارد كه در این بخش فقط مشخصات مربوط به سنگ آهن مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
كاربرد سنگ آهن برای تولید آهن و فولاد به طور معمول به یكی از اشكال زیر صورت می گیرد:
سنگ آهن دانه بندی شده
سنگ آهن دانه بندی شده امروزه كمتر مورد مصرف می باشد. علت این امر را در خاصیت احیاپذیری كم آن، می توان توجیه كرد. در هر حال برای مصرف سنگ آهن به صورت مستقیم در تهیه آهن باید ابعاد آن كاملاً مشخص باشد.

سنگ آهن بصورت كلوخه
كلوخه متداولترین روش كاربرد سنگ آهن می باشد. همه ساله حدود 700 میلیون تن كلوخه تولید و در صنایع تولید آهن و فولاد مصرف می شود.
سنگ آهن به صورت گندله
تولید گندله در حال حاضر حدود 300 میلیون تن در سال می باشد كه بیش از 80 درصد آن در كوره بلند و بقیه در احیای مستقیم مصرف می شود. بدیهی است مشخصات گندله برای مصرف در هریك از روشها متفاوت می باشد.

طرز تشكیل سنگهای معندی آهن در طبیعت
به طور كلی می توان گفت كه چگونگی تشكیل سنگهای معدنی آهن و خواص كانی های متشكله آن از نظر فیزیكی و شیمیایی (‌پرعیار كردن ،‌كلوخه كردن و غیره) بستگی به تشكیل و تغییرات آنها در دورانهای زمین شناسی دارد. لذا چگونگی تشكیل سنگ آهن در طبیعت بسیار مهم می باشد. تشكیل كانسارهای آهن به صورتهای مختلف انجام گرفته و از نظر زمین شناسی به چهاردسته تقسیم شده اند كه عبارتند از :

ـ كانسارهای رسوبی
ـ كانسارهای آتشفشانی یا هیدروترمال،
ـ كانسارهایی كه از پرعیار شدن آهن محتوای آنها ناشی از حلالیت و خروج ناخالصی های موجود در سنگ بوجود آمده اند.

ـ كانسارهایی كه منشاء سولفوری داشته و در اثر تغییرات فیزیكی و شیمیایی آنها، تبدیل به كانسارهای آهنی شده اند . كه به طور مختصر به شرح هریك از آنها پرداخته .
الف ـ كانسارهای رسوبی
این كانسارها منشاء رسوبی دارند و معمولا به صورت لایه ای هستند. عیار آهن آنها بستگی به رسوب هم زمان كانی آهن دار با سایر ناخالصی ها دارد و معمولا همراه با كانی های رسی و سیلیسی می باشد. مشخصه عمومی سنگهای رسوبی ، تراكم و سختی نسبتا زیاد آنهاست.

مهمترین این كانسارها عبارتند از :
1ـ تاكونیت و نیمه تاكونیت

لغت تاكونیت به سنگهای آهنی اطلاق می شود كه كاملا متراكم و معمولا بسیار سخت می باشند. اكثرا سنگ به همان شكل اولیه باقیمانده و اثر عوامل طبیعی در تخریب و هوازدگی آنها ناچیز می باشند. نیمه تاكونیت ها سنگهایی هستند كه كم و بیش مورد عمل هوازدگی قرار گرفته اند.
به طور كلی تاكونیت های دارای قابلیت پرعیار شدن بالا می باشند. كانی آهن دار در این سنگها می تواند مختلف و شامل كانی های اكسیدی، اكسیدهای آبدار،‌سیدریت و غیره باشد و معمولا بر حسب نوع كانی اصلی آن دسته بندی می شوند، مانند تاكونیت های مگنتیتی ،‌تاكونیت سیدریتی ،‌تاكونیت گوتیتی و غیره.

كانسارهای تاكونیت در كشورهایی مانند ونزوئلا ـ آمریكای شمالی ( معادن آهن مزابی در ایالت مینسوتا) دیده می شود.
2ـ ژاسپیلت ها
این سنگها كه از رسوب هم زمان اكسید آهن و كانی ژاسپر (‌كانی های سیلیسی) تشكیل شده اند معمولابه صورت لایه های منظم كانی ژاسپر و اكسید آهن در طبیعیت یافت می شود. این سنگها مانند تاكونیت ها می‌باشند، با این تفاوت كه حاوی سیلیس بیشتر بوده و نوع كانی آهن دار آن معمولا هماتیت است.
3ـ ایتابریت ها

در این سنگها كانی آهن دار اغلب هماتیت بوده و گاهی نیز سیدریت در آنها دیده می شود. معمولاً این كانسارها فاقد كانی های رسی می باشد. مشخصه اصلی این سنگها توزیع بسیار دانه ریز سیلیس در آنها می‌باشد این كانسارها در برزیل به وفور یافت می شود و قسمت عمده معادن سنگ آهن برزیل در ایالت Minas – gerais از این نوع بوده كه اغلب به صورت شیست می باشند.
4ـ لاتریت ها

لاتریت ها نیز معمولا متراكم و سخت بوده و كانی آهن دار در این سنگها معمولاً اكسیدهای آهنی آب دار مانند لیمونیت می باشد. این سنگها معمولا همراه با سایر كانی های منگنز دار، كرم و نیكل دار مانند معادن سنگ آهن ونزوئلا ،‌فیلیپین ، و غیره دیده می شوند.
5ـ اوولیتیك
در این كانسارها به طور كلی كانی آهن دار ،‌لیمونیت بوده و قسمت عمده معادن سنگ آهن لرن (فرانسه) از این نوع می باشد.
6ـ معادن سیدریتی
در این كانسارها كانی آهن دار به طور عمده از سیدریت تشكیل شده و معادن آهن پنسیلوانیا در آمریكا از این نوع است.
7ـ معادن شنی
در این نوع كانسارها سنگ آهن خرد شده و به صورت دانه های نسبتاً ریز در آمده اند و اكثر معادن كانادا، زلاندنو و هندوستان از این نوع می باشند.

ب ) كانسارهای آتشفشانی یا هیدروترمال
این كانسارها اكثراً حاوی كانی های سایر عناصر مانند تیتان می باشند. اگر منشاء آتشفشانی داشته باشند به صورت عدسی یا توده های بزرگ در طبیعت یافت شده و اگر منشاء آنها هیدروترمال باشد معمولا به صورت رگه ای دیده می شوند. كانی آهن دار معمولا منگنیت می باشد كه گاهی در سطح اكسید شده و قسمتی از مگنتیت به هماتیت تبدیل شده است. این نوع كانسارها را می توان در ایالت میسوری آمریكا ،‌آلاسكا ،‌كانادا و سوئد مشاهده نمود.

ج)كانسارهای پر عیار شده در اثر حلالیت ناخالصی ها و خروجی آنها از سنگ
این نوع كانسارها می توانند منشاء رسوبی یا آتشفشانی داشته باشند. قسمتی از ناخالصی های آنها در دورانهای زمین شناسی توسط آبهای سطحی بتدریج حل شده و از سنگ خارج شده اند و بدین ترتیب عیار آهن بتدریج افزایش یافته و كانسارهای بزرگ آهن نسبتاً‌غنی را تشكیل داده اند. از این نوع كانسارها در برزیل، استرالیا ،‌بیهار هندیوتان و كانادا (لابرادور) دیده می شود.
د) كانسار با منشاء سولفور

در این كانسارها كانی اصلی و اولیه به صورت سولفور بوده و در شرایط اكسید كننده این سولفورها كه بطور عمده از پیریت و پیروتیت تشكیل می شده اند تجزیه و اكسید شده اند. مشخصه اصلی این نوع معادن وجود گوگرد باقیمانده در آنها می باشد. از این نوع كانسار در كشورهای اروپایی مانند اسپانیا و معادن آنتاریو كانادا یافت می شود.

ه ) كانسارهای كنگلومرا
این كانسارها به صورت كنگلومرا بوده و دانه های اكسید آهن كه بیشتر هماتیت است توسط سیمان لیمونیتی به یكدیگر اتصال می یابند. قسمتی از معادن برزیل از این نوع می باشد.
كانی شناسی سنگهای آهن

كانی شناسی در كاربرد سنگهای معدن آهن اهمیت فراوانی دارد. بسیاری از كانی ها كه ممكن است عیار بالایی نیز از آهن داشته باشند به علت نوع تركیب كانی به عنوان ماده اولیه آهن و فولاد قابل مصرف نیستند. مثلا فایالیتFeO)2 (SiO2. با وجود آنكه از آهن نسبتا غنی می باشد (عیار آهن حدود 55 درصد) ولی به علت تركیب سیلیكاته آن كه عملاً در روشهای تولید آهن و فولاد غیر قابل احیا می باشد، در متالورژی آهن قابل كاربرد نیست. در بین انواع كانی های آهن دار تعداد محدودی از آنها از نظر متالورژی آهن مهم و قابل مصرف می باشند.

مهمترین آنها كانی های اكسیدی و سیدریت است. در بین كانی ها اكسیدی بعضی از آنها به علت خاصیت احیاپذیری كم (مگنتیت) به صورت مستقیم كاربرد ندارند و باید مورد عملیات كلوخه سازی یا گندله سازی قرار گیرند تا شكل كانی شناسی آن در جریان این عملیات تغییر یابد و سپس بكار برده شوند. سرانجام در بعضی از كانی ها وجود عناصری كه می توانند نقش مهمی در آلودگی محیط زیست داشته باشند، مانند كانی ها ارسنیك دار مانع از كاربرد آنها می باشد.
در جدول 2ـ2 كانی های مهم آهن دار و بعضی از مشخصات آنها نشان داده شده است.

ارزشیابی سنگ معدن آ‌هن
عوامل بسیاری در ارزشیابی سنگ معدن مؤثر می باشند كه به طور خلاصه عبارتند از :‌
1ـ رطوبت و آب تبلور
مقدار رطوبت سنگ معدن بین 0 تا 20 درصد تغییر می كند،‌آب موجود در سنگهای معدن ممكن است رطوبت یا آب تبلور باشد. در بعضی از كانی های لیمونیتی مقدار آب تبلور می تواند به 15 الی 16 درصد نیز برسد. هرقدر آب موجود در سنگ معدن بیشتر باشد ارزش آنرا بیشتر كاهش می دهد. وجود آب در سنگ معدن باعث گران شدن حمل و نقل و همچنین افزایش مصرف انرژی برای بی آب كردن آن می گردد.

بخصوص در مورد آب تبلور باید در نظر داشت كه حذف آن در درجه حرارت بالاتری نسبت به رطوبت انجام گرفته و هزینه انرژی مصرفی برای حذف آن بالاتر خواهد بود.

2ـ عیار آهن
عیار سنگ آهن عامل اصلی در ارزش آن می باشد. معمولا عیار پایه ای برای سنگ آهن در نظر گرفته می شود و سنگهای پرعیار مشمول اضافه قیمت تصاعدی شده و سنگ با عیار كمتر مشمول جریمه می شود . عیار پایه برای سنگهای مصرفی در كوره بلند 5/51 درصد و در مورد كنستانتره های احیای مستقیم حدود 67 درصد است.
3ـ اندیس بازی

اندیس بازی سنگ یعنی در حقیقت نسبت نیر در ارزشیابی سنگ معدن موثر بوده و با افزایش عددی این نسبت ارزش سنگ نیز بالا خواهد بود. همچنین نسبت نیز در ارزشیابی موثر بوده و با افزایش آن ، قیمت سنگ نیز بالا می رود.

4ـ ناخالصی ها
ناخالصی ها موجود در سنگ معدن روی ارزشیابی آن اثر عمده دارند. در بین این ناخالصی ها عنصر فسفر بسیار مهم می باشد و با افزایش مقدار فسفر در سنگ معدن ارزش سنگ كاهش می یابد. همچنین وجود سایر ناخالصی های نامطلوب باعث كاهش قیمت سنگ معدن می گردد. سرانجام وجود ناخالصی های مطلوب مانند كانی های منگنز دار و یا افزایش اندیس بازی سنگ معدن باعث افزایش قیمت می شود.

5ـ ابعاد
ابعاد سنگ معدن خود عامل مؤثری در ارزشیابی آن می باشد. با كاهش ابعاد سنگ بر ارزش آن افزوده می شود. كاهش ابعاد سنگ معدن باعث صرفه جویی در هزینه خردایش بعدی آن شده و همچنین به علت آنكه وزن مخصوص ظاهری سنگ را افزایش می دهد،‌لذا سنگ حجم كمتری را اشغال كرده و هزینه حمل و نقل آن كاهش می یابد.

خرد بودن ابعاد سنگ محدود بوده و چنانچه از حدی كمتر باشد به علت مشكلات مربوط به حمل و نقل مواد بسیار دانه ریز ، از ارزش سنگ كاسته می گردد. ذرات بسیار دانه ریز بخصوص در حجم های كوچك هزینه حمل و نقل بالایی دارند، در صورتی كه در حجم های بزرگ می توان آنها را توسط لوله جابجا كرد و هزینه حمل و نقل را بسیار كاهش داد.

به طور كلی از نظر ابعاد، سنگهای اهن به چند دسته تقسیم می شوند كه عبارتند از :
ـ سنگ درشت كه معمولا متوسط ابعاد آن از 50 میلیمتر بزرگتر است.
ـ سنگ متوسط كه دارای ابعادی بین 1 تا 50 میلیمتر می باشد.
ـ سنگ خرد كه ابعاد آن 1 تا 10 میلیمتر می باشد.
ـ سنگ دانه ریز با ابعاد 1/0 تا 1 میلیمتر .

ـ نرمه یا پودر كه معمولاً ابعاد آن كمتر از 74 میكرون (200 مش ) است.
ارزش سنگ معدن از سنگ درشت تا سنگ دانه ریز افزایش یافته و در مورد نرمه مسائل بسیاری از قبیل حجم، چگونگی حمل و نقل و غیره روی ارزش آن اثر می گذارند.

چگونگی حمل و نقل نیز خود در ارزش سنگ معدن در محل معدن اثر می گذارد. با توجه به اینكه حمل و نقل دریایی 5 الی 10 بار ارزانتر از حمل توسط كامیون و راه آهن می باشد و حمل توسط كشتی های بزرگ با ظرفیت های بالا (بالغ بر صد هزار تن) حداقل 30 تا 40 درصد ارزانتر از حمل با كشتی های كوچك است، لذا معادن سنگ آهن كه در نزدیكی دریاها بخصوص دریاهای عمیق قرار گرفته اند از ارزش بالاتری برخوردارند

. حمل نرمه سنگهای معدنی توسط لوله نیز راه حل جالبی برای جابجایی مواد بسیار ریز می باشد ولی دامنه كاربرد آن به نواحی گرمسیر( نقاطی كه امكان یخ زدن وجود ندارد ) و مسطح ( غیر كوهستان) محدود می شود. همچنین خاصیت فرسایشی ذرات، شكل آنها (گرد و یا گوشه دار بودن ) و غیره اثر روی انتقال آنها توسط لوله به منظور حمل و نقل دراد.

6ـ قابلیت پر عیار شدن
بیشتر سنگهای آهن امروزه عملا مورد عملیات كانه آرایی به منظور پر عیار شدن ویا حذف ناخالصی های نامطلوب آن قرار می گیرند. لذا قابلیت پرعیار شدن و هزینه آن در ارزشیابی سنگ معدن مؤثر خواهد بود . به طور كلی روشهای فیزیكی و مغناطیسی ارزانتر از روش فلوتاسیون می باشند،‌لذا كانی های آهن دار كه خاصیت مغناطیسی باشند با هزینه كمتری قابل پرعیار شدن هستند. سرانجام توزیع ناخالصی ها در سنگ معدن نیز در هزینه پرعیار كردن اثر می گذارد.

هر قدر توزیع ناخالصی ها دانه درشت تر باشد امكان عمل پرعیار كردن در ابعاد درشت تری وجود داشته و هزینه آن كمتر خواهد بود. در هر حال قابلیت پرعیار شدن سنگ و هزینه آن از عوامل مهم در ارزشیابی سنگ آهن می باشد.

7ـ قابلیت خردایش
خردایش سنگ یكی از گرانترین عملیات كانه آرایی می باشد. عملا بیش از 50 درصد هزینه و 70 درصد انرژی مصرفی در هر كارگاه كانه ‌آرایی صرف خردایش می گردد. لذا قابلیت خردایش سنگ آهن روی ارزشیبای آن اثر بسیار مهم دارد.

در خردایش سختی سنگ یكی از عوامل اصلی بوده و هرقدر سختی سنگ بیشتر باشد هزینه خردایش آن بالاتر خواهد بود. بسیاری از سنگهای معدنی به آسانی تا ابعاد كوچك ( حدود 1 میلیمتر) خرد می شوند ولی خردایش نرم آنها مواجه با اشكال و هزینه و مصرف انرژی زیاد می باشد. قابلیت خردایش سنگ را می‌توان به دو قسمت تقسیم كرد كه عبارتند از :

الف ـ قابلیت خردایش درشت
قابلیت خردایش درشت كه مربوط به خردكردن سنگ تا ابعاد حدود 1 میلیمتر می باشد. در این قابلیت وجود درز، ترك ،‌شكاف ، تراكم ، تخلخل صفحات كلیواژ، رگه های ناخالصی و سرانجام سختی از عوامل مهم هستند.

ب ـ قابلیت خردایش نرم
قابلیت خردایش نرم مربوط به خردایش سنگ از ابعاد حدود 1 میلیمتر به ابعاد مورد نظر می باشد. معمولا خردایش نرم برای تولید گندله بكار گرفته می شود و حد خردایش نرم در حدود 44 میكرون قرار د ارد. در این خردایش سختی سنگ و شكل بلوری و خواص فیزیكی آن از عوامل اصلی می باشند. لذا بسته به نوع عملیاتی كه باید روی سنگ معدن انجام شود و نوع مصرف سنگ آهن قابلیت خردیاش درشت و یا نرم در ارزشیابی سنگ موثر خواهد بود.

8ـ شكل و چگونگی عملیات انجام شده بر روی سنگ معدن
عملیات قبلی انجام شده بر روی سنگ معدن یكی دیگر از عوامل ارزشیابی سنگ آهن می باشد. سنگ آهن به صورتهای مختلفی در صنعت وجود دارد كه عبارتند از :‌
ـ سنگ آهن به صورت مستقیم
سنگ معدنی آهن دار به صورت مستقیم سنگی است كه از معدن استخراج و پس از خردایش تا میزان معینی مستقیما به بازار عرضه می گردد.

ـ‌كنستانتره آهن
كنستانتره های آهن سنگهای معدنی هستند كه پس از استخراج و خردایش مورد نظر عملیات كانه آرایی قرار می گیرند و معمولا دارای عیار آهن بالا بوده و فاقد ناخالصی ها نامطلوب می باشند.

ـ‌كلوخه
برای تولید كلوخه سنگ آهن پس از خردایش مورد عمل كلوخه سازی قرار می گیرد. معمولا به علت آنكه كلوخه قابلیت حمل و نقل زیاد را ندارد و در جریان حمل و نقل های طولانی خرد می شود این شكل سنگ آهن در بازار وجود نداشته و عمل كلوخه سازی در خود كارخانه ذوب آهن انجام می گیرد.

ـ‌گندله
گندله یكی از متداول ترین شكل سنگ آهن موجود در بازار می باشد. در گندله سنگ آهن پس از خردایش و عملیات كانه آرایی به صورت گندله در آمده و به بازار عرضه می گردد. تولید آهن كه در میان فلزات بیشترین مصرف را دارد ، 95% ذخیره فلزی تولید شده در تمام دنیا را به خود اختصاص می دهد و بنیان تمدن امروزی را تشكیل می دهد. دلیل این موضوع نیز فراوانی ، سهولت ، قیمت كم و استحكام زیاد آن است.

آهن در ساخت انواع ماشین های سبك و سنگین ، كشتی ها ،‌راه آهن ، پل ها ، سدها ،‌ساختمان سازی ،‌تهیه اداوات جنگی، لوازم خانگی و ساخت كارخانه ها به مصرف می رسد. 99% از كل مصارف سنگ آهن مربوط به صنایع تولید فولاد و چدن می شود.
مصارف دیگر سنگ آهن كه بسیار ناچیزند عبارتند از : مصرف سنگ آهن در بتن ، استفاده در تولید سیمان ، استفاده در گل حفاری ، استفاده به عنوان واسطه سنگین در شستشوی زغال سنگ و استفاده به عنوان رنگدانه.

در كارخانه های ذوب آهن ، كانسنگ آهن یا كك و سنگ آهك مخلوط شده و سپس ذوب می گردد. سنگ آهك دمای ذوب كانسنگ آهن را كاهش داده و كك با اكسیژن كانسنگ تشكیل گاز كربنیك را می دهد. آهن ذوب شده كه حاوی 3 تا 4% كربن است برای مصارف گوناگون استفاده می شود.
99% از كل مصرف كربن و مقادیر متغیری آلودگی های سولفور ،‌سیلیس و فسفات است كه این آلودگی ها اثر منفی در خواص چدن ایجاد می كند . گاهی چدن حاوی 2 تا 5/3% كربن ومقادیر كمی منگنز است. چدن نقطه ذوب 1470-1420 K دارد كه پائین تر از اجزاء‌اصلی سازنده آن است و زمانی كه آهن و كربن به اتفاق گرم می شوند،‌محصول اولیه ذوب می شود. چدن ها بی نهایت مستحكم ، سخت و شكننده هستند. چدن نرم ( كارشده) چدنی گرم و سفید است كه تمایل به شكنندگی دارد.

فولاد كربنی حاوی 5/0 تا 5/1 % كربن است و محصولی سخت و چكش خوار است اما مانند چدن دیرگداز (نسوز) نیست. فولاد آلیاژهای حاوی مقادیر متغیری كربن است و به خوبی فلزاتی چون كرومیم ،‌وانادیوم ،‌مولیبدن،‌نیكل ،‌تنگستن و . . . می باشد.

آهن كربن دار به كوره تهیه فولاد منتقل می شود تا كربن و دیگر ناخالصی های آن حذف شده و در ضمن عناصر بخصوصی به آن اضافه گردد تا خواص ویژه ای در آن ایجاد شود. عناصری كه در تهیه انواع فولاد استفاده می شوند عبارتند از :‌كروم ،‌منگنز ،‌كبالت، وانادیوم، نیكل ، تنگستن ، مولیبدن، مس ، سرب ،‌نیوبیوم و سیلیس.

نوع فولاد خصوصیت مهم
كروم دار ضد زنگ ، مقاوم در برابر حرارت بالا
منگنز دار مقاوم، مقاومت سایشی بسیار خوب ، سخت
وانادیم دار مقاوم ، هادی خوب ،‌خاصیت ارتجاعی خوب
نیكل دار ضد زنگ، سخت و مقاوم

مولیبدن دار مقاوم ، هادی ،‌مقاوم در برابر شوك و ضربه
تنگستن دار سخت بالاو مقاوم در برابر حرارت بالا
كبالت دار دارای خاصیت مغناطیسی دائم، مقاوم در برابر حرارت بالا
مس دار ضد زنگ و قابل استفاده در قطعات ماشین
نیوبیوم دار مقاوم در برابر حرارت بالا
سیلیس دار ضد زنگ،‌مقاوم در برابر حرارت و سایش
جدول 6 ـ خصوصیات مهم انواع فولاد
اكسیدهای فریك در تولید ذخیره مغناطیسی در كامپیوترها استفاده می شود. آنها اغلب با مواد مركب دیگر مخلوط می شوند و خواص مغناطیسی آنها در محلول باقی می ماند.

موارد كاربرد اكسید آهن طبیعی:
رنگ سازی، جوهر چاپ،‌مداد شمعی پلاستیك، لاستیك، كاغذ ،‌بتون و مواد ساختمانی ،‌ساروج، آجر و كاشی ،‌جلای سرامیك،‌غذای دام، داروسازی، لوازم آرایشی ،‌تهیه شیشه های رنگی ، رنگین كردن مواد ساختمانی ،‌ضد زنگ ، كاتالیزور.

موارد كاربرد اكسید آهن مصنوعی :
رنگ ،‌لاستیك‌، پلاستیك، لوازم آرایشی ، داروسازی ،‌رنگ چوب
موارد كاربرد منیتیت:
آهنرباهای سرامیكی صلب و انعطاف پذیر، بهبود دهنده های اصطكاك در دمای بالا مانند لنت ترمز، جوهر چاپ مغناطیسی، خمیر شیشه و چینی و مواد مغذی ریز برای خاك ،‌الكترونیك ( موتورهای DC ،‌تجهیزات مورد استفاده در بستن درب مانند درب یخچال، تصویر سازی تشدید مغناطیسی ، ضبط با سرعت پایین و كیفیت بالا (hi-fi) .

كلیات مربوط به تولید آهن و
مواد اولیه مورد نیاز آنها
صنایع تولید آهن و فولاد در نیم قرن اخیر تحولات چشمگیری را پشت سر گذاشته است. از طرفی صدها روش احیای مستقیم سنگهای آهن بر اساس استفاده از گاز طبیعی به جای استفاده از كك متالورژی مورد بهره بردای قرار گرفته اند و از طرف دیگر روشهایی بر اساس مصرف زغالهای غیر كك شو برای احیاء‌ذوب ،‌و روشهای نوین احیاء ذوب و پالایش مستقیم حتی تا مرحله فولاد سازی بكار گرفته شده اند كه اساسا با دیگ روشها فرق دارند.

در عین حال روش سنتی با قدمت 500 ساله تولید آهن خام در كوره بلند و تولید فولاد در انواع كنورتورها و نیز پالایش فولاد خام در كوره های پاتیلی ، سیر تكاملی خود را هنوز حفظ كرده اند به طوریكه هم اكنون :‌
ـ تلاشهایی برای كاربرد مستقیم زغال ،‌مازوت و گاز طبیعی جهت كاهش مصرف كك در كوره بلند،
ـ افزایش ظرفیت آهن خام ،‌

ـ كاهش آلودگی محیط زیست از طریق حذف فرایندهای كك سازی و كلوخه سازی ،‌
ـ كامپیوتری كردن روند تولید و غیره
صورت گرفته است و هنوز نیز اولویت تولید آهن به روش سنتی ادامه دارد، به طوری كه نسبت تولید آهن خام به دیگر روشها نسبت به آهن خام تولیدی در كوره بلند از پنج درصد تجاوز نمی كند. تحقیقات زیادی برای ابداع و توسعه روشهای متعددی برای استفاده از زغالهای غیر كك شو به طور مستقیم در آلمان ، ژاپن ،‌آمریكا ،‌استرالیا و كانادا با اهداف ذیل در حال تكوین می باشد:
ـ‌كاهش مصرف زغالهای كك شو به علت كمبود عرضه و در نتیجه گرانی آنها ،

ـ كاربرد زغال های غیر كك شو به علت وفور جهانی آنها ،
ـ حذف واحدهای كك سازی به علت آلوده كردن محیط و نیاز به سرمایه گذاری بالا ،‌
ـ حدف واحدهای گندله سازی به علت آلوده كردن محیط و نیاز به سرمایه گذاری بالا ،‌
ـ افزایش سرعت ،
ـ‌حذف معایب روشهای احیای مستقیم با گاز طبیعی به علت گرانی كاتالیزور و نیز لوله های راكتور تولید گاز احیا كننده ، كاهش مصرفی انرژی الكتریكی ،‌فرایند و جلو گیری از اكسایش مجدد آهن اسفنجی ،
ـ احداس واحدهای اقتصادی كوچكتر به جای كوره بلند / كنورتور با ظرفیت بالا
ـ كاهش هزینه های جاری .

در این فصل روش سنتی تولید آهن خام در كوره بلند و تولید فولاد در كنورتور و نیز روشهای مختلف احیای مستقیم برای تولید آهن اسفنجی و فولاد در كوره های قوس الكتریكی بویژه روشهای تجاری احیای مستقیم به اختصار مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفته است. همچنین مواد اولیه مورد نیاز این روشها نیز به اختصار بررسی شده است.

1ـ تولید آهن و فولاد به روش سنتی كوره بلند / كنورتور
نظر به اینكه كمیت و كیفیت مواد اولیه برای تولید آهن خام و فولاد به روش تولید بستگی دراد، لذا در این بخش به اختصار شیوه تولید آهن و فولاد به روشهای مهم بویژه روشهایی كه در ایران كاربرد دارند از جمله روش سنتی كوره بلند / كنورتور، تولید آهن اسفنجی به روشهای احیای مستقیم میدركس، اچ ـ ال ،‌پوروفر، قائم و نیز نمونه ای از روشهای احیای مستقیم كه موفقیتهایی برای آینده آنها پیش بینی شده است مانند كوركس به اختصار تشریح می شود.

برای تولید آهن و فولاد به روش سنتی كوره بلند / كنورتور ،‌واحدهای آماده سازی مواد اولیه و مواد واسطه تولیدی ،‌لازم می باشد. كه به برخی از آنها اشاره می شود :
ـ سلول كك سازی برای تولید كك متالورژی از انواع زغال سنگها به منظور بهبود بخشیدن به ویژگی انواع مواد اولیه مصرفی و حذف مواد نامطلوب زغال سنگ از طریق فرآوری آنها ؛
ـ تجهیزات واحد كلوخه سازی و گندله سازی به منظور یكنواخت نمودن خواص فیزیكی ـ‌شیمیایی و مكانیكی انواع سنگهای آهن و بهبود كیفیت مواد اولیه ؛
ـ‌كوره بلند برای تولید آهن خام (چدن ) ،‌از كلوخه (آگلومره )‌و یا گندله (پلت ) و یا سنگ آهن از طریق احیا و ذوب ؛
ـ كنورتور به منظور تبدیل آهن خام (چدن ) تولیدی در كوره بلند به فولاد ؛
ـ‌كوره پاتیلی به منظور پالایش فولاد خام تولیدی در كنورتور.

سنگهای آهن از نقطه نظر ساختار و نیز تركیب شیمیایی متفاوت و متنوع هستند. نظر به اینكه كوره های تولید آهن و فولاد با تركیب ثابت مواد اولیه ، حداكثر بازده را می توانند داشته باشند،‌لذا ضروری است كه انواع مختلف سنگهای آهن در دسترس و نیز مواد جنبی با خواص فیزیكی ـ شیمیایی و مكانیكی ثابت تولید گردد. این عمل از طریق كلوخه سازی و گندله سازی میسر می گردد كه در فصلهای ششم و هفتم به تفصیل مورد بررسی قرار خواهد گرفت. روش سنتی كوره بلند / كنورتور به انضمام كلوخه سازی و گندله سازی در شكل 1ـ1 و طرح تجهیزات مورد نیاز این فرایند در شكل 1ـ2 نشان داده شده است.

برای تنظیم تركیب بار كلوخه و گندله بر حسب ضرورت علاوه بر مصرف انواع سنگهای آهن ،‌عبار كوره بلند و كنورتور ،‌آهك ، دولومیت ،‌منیزیت ، بنتونیت ،‌فلورین،‌زغال سنگ و . . . . نیز به كار برده می شود كه آن مواد نیز در فصلهای مربوط كتاب مورد بررسی قرار گرفته اند.
بدیهی است پیش از كلوخه سازی سنگهای آهن ،‌مواد اولیه آنها باید خرد و نرم شوند تا كانه آرایی آنها ممكن گردد. در اغلب روشهای متداول ، كاربرد این نوع نرمه ها مقدور نیست و بار باید ابعاد معینی داشته باشد. هدف از كلوخه سازی و یا آگلومراسیون تولید دانه های درشت از نرمه و مواد ریز اولیه فوق الذكر به طرق مختلف باشد.
در این فرایند، تخلخل ،‌مقاومت مكانیكی و قابلیت واكنش مواد تغییر می كند و به این ترتیب ویژگی مواد نقش بسزایی در افزایش بازده تولید در كوره بلند دارد زیرا:‌

ـ موادی مانند غبار كوره بلند / كنورتور را كه نمی توان مستقیما در كوره بارگیری نمود ، زیرا باعث كاهش بازدهی می شوند، در حالی كه می توان در فرایند كلوخه سازی و گندله سازی مصرف كرد ؛
ـ‌كاربرد مستقیم موادی مانند سنگ آهن و سنگ منگنز كه برای بهبود عملیات كوره ضروری هستند باعث افزایش مصرف انرژی گران قیمت كوره بلند (كك) می شوند در حالی كه می توانند در این فرایندها با مصرف سوختهایی با ارزش كمتر ، آماده شوند.
ـ سرانجام ابعاد مواد در تخلخل بار ،‌جریان مواد ، جریان گازهای درون كوره و در نتیجه تغییر و تحولات احیا و ذوب مؤثر است.
1ـ2ـ تولید كك در سلولهای كك سازی
در كوره بلند از كك به همراه گاز طبیعی، مازوت و زغال سنگ استفاده می شود. اما كك نقش اصلی را در تأمین انرژی مورد نیازی برای احیای اكسید آهن و حرارت بعهده دارد . كك در اثر حرارت دادن ذغال سنگ های خاصی در سلول هایی مخصوص به طور غیر مستقیم و در جوی خالی از هوا تولید می شود . روند كلی و چرخه مواد و نیز طرح تجهیزات كوره بلند و سایر تجهیزات جنبی آن به ترتیب در شكل های 1-1 و 1-3- نشان داده شده است .

سلولهای كك سازی به شكل مكعب مسطیل بوده و در عرض به اتاقك های كوچكی تقسیم شده است در این اتاقك ها گاز تصفیه شده با هوا سوخته و حرارت لازم برای تبدیل ذغال سنگ به كك تامین می گردد . در این فرآیند مواد فرار ذغال سنگ و نیز قیر و قطران آن جدا می گردد كك تولیدی حاوی كربن ، گوگرد و مواد سنگی همراه ذغال سنگ اولیه می باشد

. علی رقم تخلخل زیاد كك ، مقاومت مكانیكی آن بسیار زیاد است چون دمای كك گداخته تولیدی در سلولهابالا می باشد لذا نگهداری از آن پس از خروج از سلولها در اتمسفر محیط ممكن نیست زیرا با اكسیژن هوا می سوزد . برای جلوگیری از این عملكرد خود به خودی ، كك گداخته با پاشیدن آب روی آن ،‌سرد و سپس انبار می شود و مورد استفاده قرار می گیرد. موقعیت سلولهای كك سازی و نقش آن در فرایند كوره بلند / كنورتور را می توان در شكل 1ـ1 مشاهده نمود.

برای دریافت پروژه اینجا کلیک کنید