مهندسی و شیمی فرایند کوره انفجار

A کوره ذوب اهن یک کوره متالورژی است که برای بو کردن و تولید فلزات صنعتی ، معمولاً آهن خوک بلکه سایر فلزات مانند سرب یا مس استفاده می شود .blast تأمین هوای احتراق بالاتر از فشار جوی است.در یک کوره انفجار ، سوخت (کک) ، سنگ معدن و شار (سنگ آهک) به طور مداوم از بالای کوره تأمین می شود ، در حالی که هوای گرم (که گاهی با اکسیژن غنی می شود) از طریق یک سری لوله ها به نام Tuyeres منتقل می شود ، به طوری که به عنوان این مواد به سمت پایین سقوط می کنند ، واکنش های شیمیایی در سراسر کوره ، واکنش رخ می دهد.

شار جریان نزولی سنگ معدن و تماس با جریان صعودی گازهای احتراق غنی از همزمان یک تبادل ضد جریان و فرآیند واکنش شیمیایی است.در مقابل ، کوره های هوا (مانند کوره های واژگون کننده) به طور طبیعی آسپیراسیون می شوند ، معمولاً با همرفت گازهای داغ در دودکش. در این تعریف گسترده ، فولادهای ساخت آهن ، گیاهان تبدیل قلع و گیاهان ذوب شده سرب به عنوان کوره های انفجاری طبقه بندی می شوند. با این حال ، این اصطلاح معمولاً محدود به مواردی است که برای ذوب سنگ آهن برای تولید آهن خوک (یک ماده متوسط ​​که برای تولید فولاد کالا استفاده می شود) و کوره های شافت مورد استفاده در رابطه با گیاهان سینتر در ذوب فلزی پایه استفاده می شود.تخمین زده می شود که کوره های انفجار بیش از 4 ٪ از انتشار گازهای گلخانه ای جهانی بین سالهای 1900 تا 2015 مسئول باشند ، اما برای دکربن ها دشوار است

مهندسی و شیمی فرآیند

کوره انفجار بر اساس اصل کاهش شیمیایی عمل می کند ، جایی که مونوکسید کربن اکسید آهن را به آهن ابتدایی تبدیل می کند. کوره های انفجار با کوره های خشن و واژگون متفاوت است زیرا در کوره های انفجاری گازهای دودکش ها با سنگ معدن و آهن در تماس مستقیم قرار می گیرند و به مونوکسید کربن اجازه می دهند تا در سنگ معدن پراکنده شوند و اکسید آهن را کاهش دهند. کوره ها این کار را نمی کنند. تفاوت دیگر این است که گیاهان سازنده فولاد در حالت دسته ای کار می کنند ، در حالی که کوره های انفجار به طور مداوم برای مدت طولانی کار می کنند. عملکرد مداوم نیز ترجیح داده می شود زیرا شروع و متوقف کردن کوره های انفجار دشوار است. علاوه بر این ، کربن موجود در آهن خوک باعث پایین تر شدن نقطه ذوب می شود از فولاد یا آهن خالص ؛ برعکس ، آهن در کارخانه ذوب نمی شود.سیلیس باید از آهن خوک برداشته شود. با اکسید کلسیم (سنگ آهک سوخته) واکنش نشان می دهد و سیلیکات را تشکیل می دهد که به سطح آهن خوک مذاب به عنوان سرباره شناور می شوند. از نظر تاریخی ، بهترین کیفیت آهن با استفاده از ذغال برای جلوگیری از آلودگی گوگرد تولید شد.ستون در حال حرکت به سمت پایین سنگ معدن ، شار ، کک یا ذغال و محصولات واکنش باید دارای تخلخل کافی برای عبور از گاز دودکش باشد. برای اطمینان از این نفوذپذیری ، اندازه ذرات کک یا ذغال بسیار مهم است. بنابراین ، کک باید قوی باشد به اندازه کافی که با وزن مواد بالای آن خرد نشود. علاوه بر قدرت فیزیکی ذرات ، کک نیز باید در گوگرد ، فسفر و خاکستر کم باشد.

واکنش شیمیایی اصلی تولید آهن مذاب:

با₂O₃ + 3co → 2FE + 3CO₂

این واکنش ممکن است به چندین مرحله تقسیم شود ، با اولین موردی که هوای از قبل گرم شده در کوره با کربن به شکل کک واکنش نشان می دهد تا مونوکسید کربن و گرما تولید کند:

2 درجه سانتیگراد_(ها) + o_{2 (گرم)} → 2 شرکت_(g)

مونوکسید کربن داغ ماده کاهش دهنده سنگ آهن است و با اکسید آهن واکنش نشان می دهد تا آهن مذاب و دی اکسید کربن تولید کند. با توجه به دما در قسمت های مختلف کوره (گرمترین در پایین) آهن در چند مرحله کاهش می یابد در قسمت بالا ، جایی که درجه حرارت معمولاً در محدوده 200 درجه سانتیگراد و 700 درجه سانتیگراد است ، اکسید آهن تا حدی به اکسید آهن (II ، III) ، آهن کاهش می یابد.₃O₄.

3 آهن₂O_{3 (ها)} +_(g) → 2 آهن₃O_{4 (ها)} +_{2 (گرم)}

دمای 850 درجه سانتیگراد ، بیشتر در کوره ، آهن (II ، III) بیشتر به اکسید آهن (ب) کاهش می یابد:

با₃O_{4 (ها)} +_(g) → 3 feo_(ها) +_{2 (گرم)}

دی اکسید کربن داغ ، مونوکسید کربن بدون واکنش و نیتروژن از هوا از طریق کوره عبور می کند زیرا مواد خوراکی تازه به داخل منطقه واکنش می روند. در حالی که مواد به سمت پایین حرکت می کنند ، گازهای ضد جریان هم بار خوراک را گرم کرده و سنگ آهک را به اکسید کلسیم و دی اکسید کربن تجزیه می کنند:

کاکو_{3 (ها)} → CAO_(S) +_{2 (گرم)}

اکسید کلسیم تشکیل شده توسط تجزیه با ناخالصی های اسیدی مختلف در آهن (به ویژه سیلیس) ، برای تشکیل یک سرباره فائیالیتی که در اصل سیلیکات کلسیم ، کاسیو است ، واکنش نشان می دهد. ₃:

سیو₂ + CAO → Casio₃

از آنجا که اکسید آهن (II) با دمای بالاتر به منطقه حرکت می کند ، تا 1200 درجه سانتیگراد درجه ، بیشتر به فلز آهن کاهش می یابد:

فال_(S) +_(g) → آه_(ها) +_{2 (گرم)}

دی اکسید کربن تشکیل شده در این فرآیند توسط کک دوباره به مونوکسید کربن کاهش می یابد:

C_(ها) +_{2 (گرم)} → 2 شرکت_(g)

تعادل وابسته به دما که جو گاز در کوره را کنترل می کند ، واکنش Boudouard نامیده می شود:

2CO ⇌ CO₂ + ج

"آهن خوک " تولید شده در کوره های انفجار دارای میزان کربن نسبتاً بالایی در حدود 4-5 ٪ است ، و اغلب حاوی گوگرد بیش از حد است ، و آن را بسیار شکننده و از استفاده تجاری فوری محدود می کند. از آهن خوک برای تهیه چدن استفاده می شود بشر بیشتر آهن خوک تولید شده در کوره های انفجار بیشتر برای کاهش میزان کربن و گوگرد و تولید درجه های مختلف فولاد مورد استفاده در مصالح ساختمانی ، اتومبیل ها ، کشتی ها و ماشین آلات پردازش می شود. desulfurization معمولاً در هنگام حمل و نقل فولاد مذاب به آسیاب فولادی انجام می شود. با افزودن اکسید کلسیم ، که با سولفید آهن موجود در آهن خوک واکنش نشان می دهد تا سولفید کلسیم (معروف به سولفوریزاسیون آهک معروف باشد) واکنش نشان می دهد. در یک مرحله فرآیند دیگر ، به اصطلاح فولاد سازی اکسیژن اساسی ، کربن با دمیدن اکسیژن بر روی مایع اکسیده می شود آهن خوک برای تشکیل فولاد خام.اگرچه کارایی کوره های انفجار همچنان در حال تکامل است ، فرآیندهای شیمیایی موجود در کوره های انفجار یکسان باقی مانده است. یکی از بزرگترین مضرات کوره های انفجار ، تولید CO2 غیرقابل اجتناب است زیرا آهن از اکسید آهن توسط کربن کاهش می یابد ، و از سال 2016 هیچ گزینه ای اقتصادی وجود ندارد که فولاد سازی یکی از بزرگترین صنایع ساطع کننده CO2 در جهان باشد (به گازهای گلخانه ای مراجعه کنید) هستند. بررسی چندین گزینه دیگر مانند زباله های پلاستیکی ، زیست توده یا هیدروژن به عنوان یک عامل کاهش دهنده ، که می تواند به میزان قابل توجهی انتشار کربن را کاهش دهد.

یک ابتکار اروپایی به نام Ulcos (فوق العاده کم فولاد CO2) به چالش های ناشی از انتشار گازهای گلخانه ای کوره انفجار می پردازد. مسیرهای فرآیند جدید Several پیشنهاد شده و به شدت مورد مطالعه قرار گرفته است تا حداقل 50 ٪ انتشار گازهای گلخانه ای خاص (CO2 در هر تن از فولاد) را کاهش دهد. برخی از آنها به ضبط دی اکسید کربن و ذخیره بیشتر (CCS) تکیه می کنند ، در حالی که برخی دیگر با جابجایی به هیدروژن ، برق و زیست توده ، تولید فولاد را دفع می کنند. به طور دقیق ، فناوری ای که CCS را در فرایند کوره انفجار قرار می دهد و به نام کوره انفجار بازیابی گاز بالا گفته می شود در حال توسعه است و به کوره های انفجار در مقیاس تجاری تقسیم می شود.