محفظه کوره ذوب: راهنمای نهایی برای استخراج فلز

کوره ذوب چیست

A کوره ذوب یک ظرف صنعتی با دمای بالا است که فلز خالص را از سنگ معدن استخراج می کند یا ضایعات فلزی را با ترکیب گرمای شدید با یک عامل کاهنده و یک شار تصفیه می کند. . گرما پیوندهای شیمیایی موجود در سنگ معدن را می شکند، عامل کاهنده (معمولاً کربن، به شکل کک) اکسیژن را از بین می برد، و شار (اغلب سنگ آهک) با ناخالصی های سنگ متصل می شود و یک لایه مایع جداگانه به نام سرباره تشکیل می دهد. نتیجه دو لایه مذاب متمایز است: فلز خالص شده در پایین و سرباره شناور در بالا، که می توان آن را به طور جداگانه جدا کرد.

کوره های ذوب یک طرح واحد نیستند - کوره مناسب به فلز در حال فرآوری، مواد اولیه (سنگ معدن خام در مقابل ضایعات بازیافتی) و حجم خروجی مورد نیاز بستگی دارد. کوره های بلند بر تولید آهن و فولاد غالب هستند، کوره های قوس الکتریکی و القایی فلزات بازیافتی و آلیاژهای ویژه را کنترل می کنند و کوره های ذوب فلاش استاندارد مس هستند.

انواع اصلی کوره های ذوب

شش طرح کوره اکثریت قریب به اتفاق ظرفیت ذوب صنعتی در سراسر جهان را تشکیل می دهند. هر یک از آنها منبع انرژی، هزینه سرمایه و خلوص فلز را به طور متفاوتی معامله می کنند.

اجزای اصلی یک کوره ذوب

با وجود تفاوت‌های طراحی، تقریباً هر کوره ذوب بلوک‌های ساختمانی عملکردی یکسانی دارد:

• آستر نسوز - آجر یا مواد ریخته گری مقاوم در برابر حرارت (اغلب بر پایه منیزیم کروم یا آلومینا) که از پوسته فولادی در برابر دمای بیش از 1500 درجه سانتیگراد محافظت می کند.
• منبع حرارت - مشعل ها، الکترودها یا سیم پیچ های القایی بسته به نوع کوره.
• سیستم شارژ - مکانیسمی (پرش از ماشین‌ها، نوار نقاله‌ها، یا سطل‌های شارژ) که سنگ معدن، ضایعات و شار را در کوره بارگیری می‌کند.
• سوراخ ضربه بزنید - یک سوراخ در پایه که برای تخلیه فلز مذاب پس از اتمام ذوب استفاده می شود.
• Tuyeres یا لنج های اکسیژن - نازل هایی که هوا یا اکسیژن را برای حفظ واکنش های احتراق و اکسیداسیون تزریق می کنند.
• پورت حذف سرباره - یک خروجی جداگانه بالای سوراخ شیر فلزی قرار دارد، زیرا سرباره روی فلز مذاب شناور است.

فرآیند ذوب مرحله به مرحله

صرف نظر از نوع کوره، توالی ذوب همان شش مرحله را دنبال می کند:

1. شارژ کردن - سنگ معدن یا قراضه، شار و (در کوره بلند) کک در لایه های متناوب بارگذاری می شوند.
2. گرمایش - بار تا آستانه ذوب آن افزایش می یابد. ذوب سنگ آهن نیاز به دمای بالاتر از 1200 درجه سانتیگراد برای شروع واکنش های احیا دارد.
3. کاهش - مونوکسید کربن تولید شده از کک، اکسیژن را از اکسیدهای فلزی جدا می کند و آنها را به فلز مایع تبدیل می کند.
4. تشکیل سرباره - شار با سیلیس و سایر ناخالصی ها واکنش می دهد و لایه مذاب سبک تری را تشکیل می دهد که از فلز جدا می شود.
5. ضربه زدن - فلز مذاب از سوراخ شیر پایینی تخلیه می شود، در حالی که سرباره به طور جداگانه از یک خروجی بالاتر خارج می شود.
6. پالایش - فلز کوبیده شده اغلب به یک مخزن ثانویه (مانند یک مبدل اولیه اکسیژن) برای خالص سازی بیشتر قبل از ریخته گری حرکت می کند.

نقاط ذوب و انتخاب کوره توسط فلز

یک کوره باید به بالاتر از نقطه ذوب فلز برسد تا آن را به اندازه کافی سیال برای ریخته گری و جداسازی ناخالصی ها حفظ کند. دمای عملیاتی معمولاً 100 تا 300 درجه سانتیگراد بالاتر از نقطه ذوب خالص است برای جبران عناصر آلیاژی و اتلاف حرارت.

کاربردهای صنعتی کوره های ذوب

فولادسازی

تقریبا 70 درصد فولاد جهان هنوز از طریق کوره بلند - کوره اکسیژن پایه ساخته می شود. ، در حالی که سهم باقیمانده از کوره های قوس الکتریکی است که بر روی ضایعات بازیافتی کار می کنند، که می تواند مصرف انرژی را تا 75٪ در مقایسه با تولید آهن اولیه کاهش دهد.

تولید مس و نیکل

کوره های ذوب سریع، کنسانتره مس را با تزریق هوای غنی شده با اکسیژن پردازش می کنند و مواد معدنی سولفید را در تماس مشتعل می کنند. این روش مصرف انرژی را در مقایسه با ذوب طنین دار قدیمی تقریباً 40 درصد کاهش می دهد زیرا خود واکنش شیمیایی مقدار زیادی گرمای مورد نیاز را تامین می کند.

ریخته گری آلومینیوم و ریخته گری

کوره های القایی به طور گسترده در ریخته گری استفاده می شوند زیرا کنترل دقیق دما و حداقل تلفات فلز را از طریق اکسیداسیون ارائه می دهند و آنها را برای ریخته گری های آلومینیوم حساس به آلیاژ و فولادهای ویژه مناسب می کند.

نحوه انتخاب کوره ذوب مناسب

انتخاب کوره باید بر اساس مقیاس تولید، مواد اولیه و محدودیت‌های محیطی باشد تا صرف هزینه کوره. این عوامل را در نظر بگیرید:

• نوع مواد اولیه - سنگ معدن خام عموماً به کوره بلند یا فلاش نیاز دارد، در حالی که قراضه بازیافتی برای کوره های قوس الکتریکی یا القایی مناسب تر است.
• حجم تولید - کوره‌های بلند فقط در مقیاس پیوسته بزرگ (اغلب 1000 تن در روز) مقرون به صرفه هستند، در حالی که کوره‌های القایی برای کارکرد دسته‌ای کوچک‌تر و انعطاف‌پذیر مناسب هستند.
• در دسترس بودن انرژی - مناطقی که برق ارزان قیمت دارند، از کوره های قوس الکتریکی یا القایی استفاده می کنند. مناطقی که دارای کوره بلند کک ارزان هستند.
• مقررات انتشار - کوره‌های برقی نسبت به کوره‌های بلند با کک، انتشار CO2 مستقیم کمتری تولید می‌کنند.
• بودجه سرمایه ای - نیروگاه های کوره بلند به سرمایه گذاری اولیه بسیار بالاتری نسبت به سیستم های القایی یا گنبدی نیاز دارند.

بهره وری انرژی و اثرات زیست محیطی

ذوب یکی از پر انرژی ترین مراحل در تولید فلز است که انتخاب کوره را محرک مستقیم ردپای کربن کارخانه می کند. تولید یک تن فولاد از طریق یک کوره بلند سنتی تقریباً 1.8 تا 2.0 تن CO2 منتشر می کند. در حالی که یک کوره قوس الکتریکی با استفاده از ضایعات بازیافتی می تواند کمتر از 0.4 تن CO2 در هر تن فولاد منتشر کند - تا حد زیادی به این دلیل که مرحله کاهش مبتنی بر کک را به طور کامل نادیده می گیرد. به همین دلیل است که بسیاری از فولادسازان به عنوان بخشی از طرح‌های کربن‌زدایی، در کنار فناوری‌های نوظهور مانند احیای مستقیم مبتنی بر هیدروژن، ظرفیت خود را به سمت مسیرهای EAF تغییر می‌دهند.

بهترین شیوه های نگهداری و ایمنی

خرابی کوره پرهزینه و خطرناک است، زیرا شکستگی های نسوز می تواند کارگران را در معرض فلز مذاب قرار دهد. اقدامات زیر باعث کاهش زمان خرابی و خطر می شود:

• بازرسی نسوز - ضخامت برنامه هر چرخه تولید را بررسی می کند، زیرا سایش آستر عامل اصلی خاموشی های برنامه ریزی نشده است.
• بررسی سیستم خنک کننده - پانل ها و لوله های خنک شونده با آب را به طور مرتب بررسی کنید، زیرا خرابی خنک کننده می تواند منجر به گرم شدن سریع پوسته شود.
• نظارت بر گاز - به طور مداوم مونوکسید کربن و سایر گازهای کوره را برای محافظت از ایمنی کارگران و تشخیص زودهنگام ناهنجاری های فرآیند ردیابی کنید.
• سوراخ ضربه بزنید maintenance - درز کردن یا ترمیم سوراخ شیر در یک برنامه زمانبندی ثابت از شکستن کنترل نشده فلز جلوگیری می کند.
• تجهیزات حفاظت فردی - لباس‌های مقاوم در برابر حرارت، محافظ‌های صورت و محافظ تنفسی در نزدیکی نواحی ضربه زدن و شارژ اجباری هستند.