مقدمه
هندوستان بزرگترین تولیدکننده آهن اسفنجی در جهان است. کل ظرفیت ناخالص این کشور حدود 30 میلیون تن در سال است که تقریبا 80 درصد آن توسط واحدهای زغالی بهره‌برداری می‌شوند.
به‌زودی 12 میلیون تن دیگر به ظرفیت این واحدهای زغالی افزوده خواهد شد. برای تولید این میزان آهن اسفنجی مورد نیاز به 50 میلیون تن سنگ‌آهن مرغوب نیاز است که به‌دلیل مصرف بالای آن تولیدکنندگان بالاجبار به عیار پایین‌تر سنگ‌آهن یعنی 63ـ62 درصد روی آورده‌اند.
استفاده از سنگ‌آهن با عیار پایین هزینه تولید را بالا بوده و در نتیجه تولید مواد زائد آن نیز افزایش یافته و از راندمان کوره ذوب کاسته است و در نهایت مصرف انرژی نیز به ازای تولید هر تن فولاد مذاب افزایش یافته است.
با توجه به رشد بی‌سابقه تقاضای فولاد هند و چین، تقاضا برای سنگ‌آهن مرغوب روزانه افزایش یافته و از ذخایر معدنی آن با سرعت بیشتری کاسته شده و در نتیجه نیاز به واحدهای تغلیظ و آگلومراسیون لحظه به لحظه افزوده میشود. روش‌های مختلف تغلیظ و به‌دنبال آن آگلومراسیون، جنبه فنی اقتصادی آن و روش بهینه تبدیل مواد اولیه به مواد تغذیه‌ای در هند در این مقاله مطرح شده است.
تغلیظ‌کننده‌ها
هدف از تغلیظ سنگ‌آهن رسیدن به یک کیفیت و عیار لازم برای تغذیه کوره است.
این فرآیند برای انواع مواد تغذیه‌ای طراحی میشود که پس از انجام تست‌های متعددی به‌دست می‌آید. بنابراین هزینه کارخانه و تجهیزات با توجه به نیازها متغیر خواهد بود. باید اقتصادی‌‌ترین کارخانه را انتخاب کرد که بتواند مواد تغذیه‌ای متفاوتی را مصرف کرده تا پس زدن آن حداقل باشد.
به‌طور در طی آتشباری و عملیات سایزبندی سنگ‌آهن 35 درصد نرمه (fines) تولید میشود و 15 درصد تا 25 درصد لجن در واحد شست‌وشو ایجاد می‌کند. لجن در سد باطله به‌عنوان مواد باطله تهدیدی است برای محیط زیست. سنگ‌آهن نرمه معمولا ماهیتا لاتریتیک (Lateritic) بوده و از نظر کانی‌شناسی هماتیت و goethite است. سنگ‌آهن و لجن حدودا دارای 58 درصد آهن، مقدار بالایی آلومینا (بالای 8 درصد) و سیلیکا (8 درصد) است. معمولا از نظر کیفی عیار سنگ‌آهن برای تغذیه اکثر کارخانه‌ها 64 درصد آهن است. افزایش یک درصد عیار سنگ تغذیه 2 درصد بهره‌وری چدن مذاب را افزایش داده و نیاز به کک را تا 8/1 درصد در کوره‌بلند کاهش می‌دهد. یک مطالعه موردی در خصوص نحوه فرآیند تغلیظ سنگ‌های باطله در استان اوریسا هند به‌شرح زیر انجام شده است.
شست‌وشو و سایزبندی
اندازه سنگ‌آهن خام 30ـ0 میلیمتر و دارای مقدار زیادی خاک رس چسبنده است که به آن چسبیده است. این سنگ‌های باطله نیاز به یک سری پیش عملیات برای حذف رس (مواد معدنی باطله) چسبیده به بدنه آن را دارد. این کار از طریق شست‌وشو انجام میشود. مشکل بتوان برای شست‌وشو در زمانی که روش پراکندگی و ته‌نشینی (dispersion-cum-settling) به‌کار گرفته میشود و از عوامل فعال سطحی استفاده میشود آب معمولی مصرف کرد. تجهیزات استفاده شده برای شست‌وشوی سنگ‌آهن شامل دستگاه‌های رده‌بندی، دستگاه شست‌وشوی Log، دستگاه شست‌وشوی بشکه‌ای و دستگاه شست‌وشوی غربالی هستند. در حالی کنونی از دستگاه شست‌وشوی غربالی استفاده میشود.
مواد تغذیه شونده به غربالی با مشخصات 30ـ0 میلیمتر ریخته میشود و سایز بزرگ 15+ میلیمتری توسط یک آسیاب مخروطی به ذرات 15ـ0 میلیمتری خرد میشود. سپس اندازه 15ـ0 میلیمتری به یک دستگاه رده‌بندی اسپیرال تغذیه میشود تا به ذرات 21/-0 میلیمتری به‌عنوان لجن سرریز تبدیل شود. این لجن‌ها به یک تغلیظ‌کننده با درجه بالا پمپ میشود تا آب گردشی آن بازیافت شود.
پس از آن خروجی دستگاه رده‌بندی‌کننده به یک غربال ریخته میشود تا ذرات 5/1 میلیمتری آن را جدا کند. اندازه‌های سرزیر 15ـ5/1 میلیمتری از غربال به یک جیگ (Jig) ضربانی هوایی ریخته می شود تا عیار سنگ از طریق جداسازی ثقلی افزایش پیدا کند. سنگ‌آهن با سنگینی بالاتر ته‌نشین شده و به یک غربال خشک با 5 میلیمتر اندازه ریخته میشود تا کنسانتره‌ای 5ـ5/1 میلیمتری و 15ـ5 میلیمتری تولید کند.
ذراتی به ابعاد 5/1ـ21/0 میلیمتری به حوضچه قبل از صاف شدن ریخته شده و سرریز حوضچه به تعدادی هیدروسیلکون پمپ میشود. آب سرریز هیدروسیکلون به یک جیگ ریخته میشود و لجن غلیظ رسوب کرده به یک غربال لجن با فرکانس بالا تغذیه میشود تا ذرات ریز آن جدا شده و آب آن بازیافت گردد. این ذرات ریز مجددا نسبت به وزن خود به یک تغلیظ‌کننده با درجه بالا ریخته میشود. لجن قبل از تصفیه که در زیر رسوب کرده است به یک رده‌بندی‌کننده اسپیرال با سرعت آهسته (sssc) ریخته میشود تا آب نرمه کمتر شود.
سنگ گرید 15ـ5/1 میلیمتری تا 55+ درصد آهن به 63 درصد آهن با کل بازیافت 43 درصدی بهبود می‌یابد. بازیافت 15ـ5 میلیمتری 33 درصد و 5ـ5/1 میلیمتری 10 درصد است.
آسیاب و جداسازی مغناطیسی نرمه‌ها
اندازه تغذیه کمتر از 5 میلیمتری را نمی‌توان در کوره آهن اسفنجی و کوره بلند استفاده کرد. بنابراین نرمه‌های 5ـ میلیمتری وارد مرحله آسیاب مقدماتی میشود تا اندازه آن به 5/0ـ میلیمتر کاهش پیدا کند.
این محصول 5/0 میلیمتری مجددا به یک جداساز مغناطیسی‌تر با شدت بالا (WHIMS) تغذیه میشود تا با فرآیند بعدی نرمه سنگ‌آهن با عیار 65 درصد به‌دست آید.
این محصولات با عیار بالا پس از عبور از WHIMS برای آسیاب نهایی و برای تهیه کنسانتره گندله با شکل هندسی مورد نظر آماده میشود. WHIMS می‌تواند مواد معدنی مانند هماتیت را که از نظر مغناطیسی ضعیف بوده را جدا کرده و حتی تغذیه آن بسیار ریز است.
این آسیاب توسط آسیاب توپی یا آسیاب صفحه‌ای (Rod Mill) یا توسط پرس غلطکی (Roller Press) انجام میشود. مواد پس‌زده توسط دستگاه تغلیظ‌کننده جدا شده و بیرون ریخته میشود. با کشف یا ابداع تکنولوژی تغلیظ‌کننده خمیری سطح لازم برای رفع لجن کاهش یافته و بازیافت آب در گردش به حداکثر می‌رسد.
هزینه سرمایه‌ای تولید یک واحد تغلیظ 5 میلیون تنی تقریبا 152 کرور روپیه خواهد بود که سهم تجهیزات و ماشین‌آلات از این مبلغ 90 کرور روپیه است.
گندله‌سازی
گندله‌سازی نوعی فرآیند آگلومراسیون است که مواد معدنی پودر شده توسط چسب به‌صورت توپ‌های کوچکی درمی‌آید. گندله‌سازی یک تکنولوژی رایجی است که محصولات آن در تولید آهن اسفنجی و نیز تولید فولاد در کوره بلند استفاده میشود. در این فرآیند از پودر سنگ‌آهن به‌صورت اقتصادی استفاده میشود. تولید گندله توسط یک دیسک یا غلتک صورت می‌پذیرد که پودر سنگ‌آهن توسط چسب بنتونیت و سنگ آهک (گدازنده) درهم غلت خورده و تا حدی نیز آب بدان اضافه میشود. سپس این گلوله‌های سبز خشک می‌شوند، پیش گرم شده و در شرایط گرمایی و آتمسفر اکسیداسیون سخت می‌شوند و سپس به‌دقت خنک می‌شوند تا ترکی در آنها ایجاد نشود.
مشکل این فرآیند سخت کردن گندله‌ها از طریق گرمادهی است تا بتوان به حداقل استحکام 30 کیلوگرم برای هر گندله برسد. شرایط گرمایی 130ـ120 کیلوکالری بر هر کیلوگرم است. منابع گرمایی می‌تواند نفت و گاز یا زغال‌سنگ وارداتی کم خاکستر باشد. میزان درجه حرارت لازم برای مقاوم‌سازی 1300 درجه بوده و برای اقتصادی بودن این فرآیند باید از سوخت مناسبی استفاده کرد.
سه نوع تکنولوژی برای مقاومت گرمایی به‌کار گرفته میشود که یکی تکنولوژی کوره شافتی، آسیاب نوسانی یا فرآیند آسیاب مستقیم (straight grate process) فرآیند کوره آسیابی (grate-kiln process) هستند. کوره شافتی برای گندله‌های مغناطیسی متناسب‌تر است و هزینه سوخت برای ایجاد سختی گرمایی افزایش می‌یابد. مزیت عمده آن کنترل زون‌ها یا قسمت‌های حرارتی مختلف است که می‌توان به رژیم‌های لازم دست یافت.
آسیاب سایشی نوسانی نوع تکامل یافته ماشین آگلومراسیون (Sintering) است که برای خشک کردن، پیش گرمایی آتش‌زنی (Firing) و خنک کردن گندله در یک واحد تنها مناسب است و دارای مناطق حرارتی مجزای واحد و کنترل درجه حرارت مختلف برای انواع سنگ‌ها است. متداول‌ترین فرآیند کوره آسیابی
(grate-kiln) است.
خشک کردن، پیش گرمایی و اکسیداسیون در واگن یا اتاقک آسیاب انجام میشود. گندله‌ها در کوره چرخشی شعله‌ور می‌شوند. گندله‌های گرم در خنک‌کننده گردشی یا خنک‌کننده استوانه‌ای خنک میشود.
هوای گرم از تجهیزات مختلف برای کاهش هزینه‌ها مجددا استفاده میشود. با توجه به اینکه واحدهای حرارتی از هم جدا هستند کنترل حرارتی کوره آسیابی آسان است. معمولا گندله‌سازی‌ها از گاز کوره بلند به‌عنوان سوخت اصلی استفاده می‌کنند و کنسانتره به‌صورت تراز کارخانه گندله‌سازی به کارخانه فولادسازی حمل میشود.
در حال حاضر واحدهای گندله‌سازی را در نزدیکی معادن می‌سازند تا از خاکستر روغن و زغال به‌جای گاز کوره بلند استفاده شود.
چین توانسته است با موفقیت تکنولوژی زغال کم خاکستر (کمتر از 12 درصد) را ابداع کرده و آن را در کوره آسیابی آتش می‌زنند.
طراحی‌های واحدهای گندله‌سازی استاندارد دارای ظرفیت‌های بالاتری است اما نیاز روز به واحدهای کوچکتر است، طراحی مدول‌های جدید کوچکتر که امروزه ساخته شده‌اند دارای ظرفیت‌های 3/0، 6/0 و 2/1 میلیون تن در سال هستند.
نتیجه
هند فقط 9 درصد ذخیره سنگ‌آهن جهان را در اختیار دارد و در حال حاضر سنگ‌آهن نرمه نامرغوب خود را صادر می‌کند و در آینده خود واردکننده سنگ‌آهن مرغوب خواهد بود و آینده صنعت فولاد این کشور بستگی به شرایط احداث واحدهای تغلیظ و آگلومراسیون و واحدهای گندله‌سازی در آن دارد.
منبع: انجمن علمی متالورژی دانشگاه آزاد کرج
نظرات
ارسال یک نظر