گچ

کوره آهن‌گدازی

کوره آهن‌گدازی

کوره آهن‌گدازی به انواع کوره هایی گفته می شود که با استفاده از آن ها می توان آهن خام اسفنجی تولید نمود. متداول ترین نوع کوره آهن گدازی، کوره بلند نام دارد. این کوره استوانه بزرگی از جنس فولاد است که داخل آن با استفاده از آجر نسوز آستر شده است. کوره بلند دارای بخش های تنوره، آتشخانه و بوته (ظرف مخصوصی که مواد مذاب را داخل آن می ریزند) است. تنوره در بالا، آتشخانه در وسط و بوته در پایین کوره قرار دارد. مواد اولیه یعنی سنگ آهن استخراج شده از معادن و ماده گداز آور از بالای کوره به داخل آن ریخته می‌شوند. این مواد در حین حرکت به سمت پایین کوره رفته رفته داغ شده و به حالت مذاب در میی‌آیند و در نهایت به درون بوته می‌ریزند. آهن خام هر ۴ الی ۶ ساعت، و سرباره پیوسته با شیر تخلیه از بوته خارج می‌شوند. از سرباره خارج شده از موره های بلند در تولید سیمان سرباره‌ای استفاده می‌کنند.

سوخت کوره آهن گدازی

سوخت کوره بلند آهن گدازی در قدیم زغال چوب بوده ولی امروزه از کک و یا آنتراسیت به عنوان سوخت کوره استفاده می‌کنند. هوای گرم از طریق مجاری که در بالای بوته تعبیه شده به داخل کوره دمیده می‌شود. در دمای ۱۶۰۰ ال ۱۷۰۰ درجه سانتیگراد کک به کمک اکسیژن موجود در هوا می‌سوزد و باعث افزایش درجه حرارت کوره و رساندن حرارت سنگ آهن به نقطه ذوب می‌رساند.

کوره ذوب آهن

فرایند شیمیایی کوره آهنگری

فرایند شیمیایی که در کوره های ذوب آهن اتفاق می‌افتد به شرح زیر است:

C + O۲ → CO۲ + Q

CO2 + C → ۲CO

مونوکسید کربن حاصل بر اساس واکنش‌های زیر، آهن را از سنگ آهن جدا می‌کند:

۳Fe۲O۳ + CO → ۲Fe۳O۴ + CO۲ + Q

۲Fe۲O۳ + ۲CO → ۶FeO + 2CO۲ + Q

۶FeO + 6CO → ۶Fe + 6CO۲ + Q

در قسمت بالای کوره آهن‌گدازی بلند درپوشی وجود دارد که از خارج شدن گازهای تولید شده در کوره جلوگیری می‌کند. از این گازها به عنوان منبع حرارت در قسمت‌های مختلف کارخانه استفاده می‌شود.

روش کار انواع کوره‌های آهن

  • کوره بلند

کوره بلند، کوره استوانه بزرگی از جنس فولاد است که داخل آن با استفاده از آجر نسوز آستر شده است. کوره بلند دارای بخش های تنوره، آتشخانه و بوته (ظرف مخصوصی که مواد مذاب را داخل آن می ریزند) است. تنوره در بالا، آتشخانه در وسط و بوته در پایین کوره قرار دارد. مواد اولیه یعنی سنگ آهن استخراج شده از معادن و ماده گداز آور از بالای کوره به داخل آن ریخته می‌شوند. این مواد در حین حرکت به سمت پایین کوره رفته رفته داغ شده و به حالت مذاب در میی‌آیند و در نهایت به درون بوته می‌ریزند. کوره بلند آهن گدازی هرگز خاموش نمی‌شود، چون راه اندازی دوباره آن زمانبر و پرهزینه است. این کوره معمولاً ۱۰ سال بدون توقف کار می‌کند و روزانه حداکثر ۵۰۰۰ تن آهن خام تولید می‌کند.

  • کوره آهن گدازی برقی (کوره الکتریکی)

نکته قابل ذکر دیگر این است که در مناطقی که برق ارزان است، حرارت کوره آهن گدازی بلند را با برق تامین می‌کنند و از کک فقط برای گرفتن اکسیژن از سنگ آهن بهره می‌برند. این کوره را کوره آهن گدازی برقی (کوره الکتریکی) می‌نامند.

  • کوره تنوره‌ای (کوره گردنده خفته)

همچنین در سال ۱۳۴۰ در روشی نو، اکسیژن سنگ آهن در کوره تنوره‌ای یا کوره گردنده خفته در حرارت ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد با گاز کربن یا گاز هیدروژن چاه نفت گرفته شد. آهن خامی که بدین طریق به دست آمد، حالت اسفنجی داشت به همین دلیل آن را آهن خام اسفنجی نامیدند. آهن خام اسفنجی ۹۳ تا ۹۵% آهن دارد. هزینه تولید آهن خام بدین طریق، از کوره آهن گدازی بلند کمتر است.

سنگ آهن

سنگ آهن که در زبان انگلیسی با نام Iron ore شناخته می‌شود، نوعی سنگ معدنی حاوی رگه‌ های آهن است که با فرایند ذوب و احیا در کوره، آهن موجود در آن آن جدا می‌‌شود.

برای تولید آهن، سنگ آن را در کوره های آهن گدازی حرارت داده و آهن خام (Pig Iron) می سازند. سپس از آهن خام، انواع مختلف آهن و آلیاژهای مختلف آن را تولید می کنند. این سنگ مخلوطی از اکسیدهای آهن، نمک های معدنی، سنگ آهک، سیلیس، آلومین و… است.

این سنگ یکی از فراوان‌ ترین عناصر فلزی موجود در زمین است. اکسید آن حدود ۵ درصد از پوسته زمین را شامل می‌ شود. کانی‌ های معدنی رایج آن عبارتند از هماتیت (Fe۲O۳) که حدود ۶۰  درصد آهن داشته و مگنتیت (Fe۳O۴) که حدود ۷۰ درصد آهن دارد. میانگین عیار آن در یک کانی آهن حدود ۶۰ تا ۶۵ درصد است.


موارد مصرف سنگ آهن

اسن سنگ، ماده اولیه تولید فولاد است و ۹۸ درصد محصول استخراج شده در سطح جهان برای تولید فولاد به کار می رود. صنایع خودرو سازی و ساختمان سازی، بخش های اصلی مصرف کننده فولاد هستند و در نتیجه میزان تقاضای فولاد این بخش ها بر تقاضا و قیمت آن تاثیر گذار است.

برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص فولاد، لطفا مقاله فولاد چیست را مطالعه نمایید.


انواع سنگ آهن

از چهار نوع سنگ آهن می توان در کوره های آهن‌گدازی استفاده کرد:

  1. اکسیدهای آهن: نوعی سنگ  مغناطیسی یا مگنتیت (Fe۳O۴که ۶۸% وزنش آهن دارد و سنگ سرخ یا هماتیت (Fe۲O۳که ۶۰% وزنش آهن دارد.
  2. هیدروکسید آهن: نوعی سنگ با رنگ ظاهری لیمویی تا قهوه ای که ۵۰% وزنش آهن دارد.
  3. کربنات آهن (FeCO۳).
  4. سولفور آهن (FeS۲).

این سنگ را را پس از استخراج از معدن در ابزارها و ماشین آلات سنگ شکن خرد کرده و با انجام عملیات خاص، آن را برای ورود به کوره آماده می کنند.

کوره آهن‌گدازی

روش‌های تولید آهن خام

تولید آهن خام یا به عبارت دیگر روش های آهن گدازی، به روش هایی گفته می شود که در نهایت منجر به تولید آهن خام خواهد گردید.

سنگ آهن را در کوره با حرارت بالا ذوب می کنند. ماده مذاب حاصل شامل فلز آهن و ناخالصی های سنگ آهن است ولی چون وزن مخصوص این ناخالصی ها با فلز مذاب متفاوت است، بنابراین ناخالصی ها از آهن مذاب جدا شده و روی سطح آن شناور می شوند. از این رو آن ها را سرباره کوره آهن گدازی یا تفاله کوره آهن گدازی می نامند.


سرباره

سرباره را توسط شیر تخلیه فوقانی و آهن مذاب را توسط شیر تخلیه تحتانی از کوره خارج می کنند. فلز به دست آمده را آهن خام می نامند. هنگام تخلیه آهن خام مقداری ناخالصی هم همراه آن تخلیه می شود، به طوری که آهن خام ۵ تا ۱۰% ناخالصی هایی نظیر گوگرد، سیلیس، فسفر، منگنز و کربن (۴ تا ۵%) دارد. آهن خام بدون حالت خمیری از جامد به مایع تبدیل می شود. بنابراین قابلیت چکش خواری خوبی ندارد و قابل نورد شدن هم نیست.


ذوب آهن و تولید آهن خام

برای توضیح مراحل تولید آهن خام در کوره آهن‌گدازی و برای اینکه سنگ آهن در درجه حرارت پایین‌تر در کوره آهن‌گدازی ذوب شود، به آن ماده گداز آور می افزایند. مواد گدازآور باید به گونه ای انتخاب شوند که در کوره آهن‌گدازی با آهن مذاب ترکیب نشده و واکنش نشان ندهند. چون سنگ آهن استخراج شده از معادن آهن که بصورت کنسانتره آهن به کارخانه ذوب آهن حمل گردیده، دارای ناخالصی های سیلیسی، آهکی یا رسی است، بنابراین ماده گداز آور باید طوری انتخاب شود که تفاله آهن گدازی، سیلیکات کلسیم شود تا در ساخت مصالح مختلف به کار رود. اگر ناخالصی سنگ آهن، آهکی باشد، باید ماده گدازآور سیلیسی یا رسی استفاده شود؛ و اگر ناخالصی آن سیلیس باشد، باید گداز آور آهکی مصرف شود.


تبدیل آهن خام به فولاد و چدن

تبدیل آهن خام به آلیاژهای فولاد و چدن با افزودن کربن به آن انجام می گیرد، که در بخش های قبلی به توضیح روش تولید آن ها پرداختیم.

اگر کوره آهن گدازی، مبدل آهن به چدن یا آهن به فولاد داشته باشد، آهن خام مذاب را مستقیماً به مبدل می فرستند. در غیر این صورت آن را به شکل قرص، سرد می کنند. سرعت سرد شدن و میزان ناخالصی ها در آهن خام، در جنس آن مؤثر است.


کاربرد سرباره

جنس سرباره کوره آهن گدازی سیلیکات کلسیم و سیلیکات آلومینیوم است و از آن در تولید مصالح ساختمانی مختلف استفاده می کنند. از جمله کاربردهای آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • نقاله آبکی را به شکل سنگ پله و جدول در می آورند، یا از آن برای سنگ فرش راه های با شیب زیاد استفاده می کنند.
  • خرد شده آن را به عنوان سبکدانه در ساخت بتن سبک مصرف می کنند.
  • در صورتی که روی سرباره خرد شده با فشار، آب پاشیده شود، به شکل ماسه در می آید که آن را در روکاری آسفالتی (Sealcoat) و رومالی آسفالتی (Slurry Seal) به کار می برند.
  • از گرد سرباره در تولید نوعی سیمان خاص که بنام سیمان سرباره شناخته می شود، استفاده می کنند.
  • سرباره را به شکل تار و الیاف در می آورند و از آن در ساخت عایق حرارتی و عایق صوتی استفاده می کنند.
گچ پلیمری
خرید آنلاین گچ
گچ گیپتون
فهرست
error: این محتوا تحت حفاظت است