کاربرد DRI در فولادسازی
کمبود قراضه در فولادسازی در سراسر جهان وجود دارد. با توجه به خودکفایی اندک قراضه داخلی در چین و کیفیت ناپایدار قراضه موجود، یافتن جایگزینی برای قراضه ضروری است.آهن کاهش یافته مستقیم (DRI)سالهاست که به عنوان ماده اولیه برای فولادسازی استفاده می شود و به تدریج در چین نیز استفاده می شود.
1. عملکرد DRI
به عنوان ماده اولیه برای فولادسازی، خواص اصلی DRI در مقایسه با فولاد قراضه به شرح زیر است:
DRI | قراضه فولاد | |
ثبات ترکیبی | پایدار | نوسان |
محتوای ناخالصی | خیلی کم | بالا |
باند شاد | شامل | خیلی کم |
محتوای کربن | متوسط | کم |
تخلخل | متخلخل | خیر |
مشاهده می‌شود که DRI نوعی ماده خام فولادی با کیفیت بالا است و فقط مقدار بالای گنگ منجر به مصرف انرژی بالا می‌شود. علاوه بر این، کوره فولادسازی باید برای پردازش مقدار زیادی سرباره مناسب باشد. به دلیل هدایت حرارتی ضعیف، فرآیند ذوب DRI ایده‌آل باید دارای منبع حرارتی با دمای بالا، مانند کوره قوس الکتریکی و مبدل، برای حفظ دمای بالا در DRI و منطقه اطراف آن باشد.
DRI می تواند کروی، کلوخه (آهن اسفنجی) یا توده ای (CDRI یا HBI) باشد و معمولاً دارای خواص فیزیکی زیر است:
گلوله ها | آهن اسفنجی | CDRI ها | HBI | |
اندازه ذرات (mm) | 8-16 | 6-40 | 37x45x24 | 30x55x106 |
تخلخل (%) | 52 | 49 | 24 | 24 |
چگالی ظاهری (t/m³) | 1.8 | 2.0 | 2.6 | 2.8 |
ترکیب شیمیایی DRI برای فرآیند ذوب بسیار مهم است و باید تا حد امکان به ضایعات فولاد نزدیک باشد. ترکیب شیمیایی DRI به شرح زیر است که ممکن است با مواد اولیه و فرآیندهای مختلف تولید متفاوت باشد.
آهن کامل (TFe) 92%
آهن متالیک 83%
محتوای کربن 0.25 ~ 1.0٪
محتوای گوگرد 0.025٪ حداکثر
محتوای فسفر 0.06٪ حداکثر
این نیست2 2-3٪
خواص DRI با کیفیت بالا مناسب برای فولادسازی باید عبارتند از:
بالاترین میزان متالیزاسیون ممکن (ترجیحاً بیشتر از 85٪).
محتوای سیلیس باید تا حد امکان کم باشد
چگالی حجمی DRI باید بیشتر از 3.5 تن در متر مکعب، ترجیحاً حدود 5.5 تن در متر مکعب و بیشتر از 1.8 تن در متر مکعب باشد. از آنجایی که ذرات کوچک با اندازه ذرات کمتر از 3 میلی متر به راحتی در سرباره معلق می شوند و به سختی ذوب می شوند، محتوای کمتر بهتر است.
2. کاربرد DRI در فولادسازی کوره الکتریکی
استفاده از DRI به عنوان ماده اولیه برای فولادسازی دارای مزایای زیر است:
ترکیب پایدار، محتوای ناخالصی کم، به ویژه محتوای گوگرد کم
ذوب سریع
آسان برای مدیریت، حمل و نقل راحت
تغذیه مداوم می تواند تحقق یابد
در تئوری، نسبت DRI جایگزین قراضه می تواند به 100٪ برسد. هنگامی که مقدار DRI کم باشد، می توان آن را با قیف قراضه تغذیه کرد و زمانی که مقدار DRI زیاد باشد، استفاده از سیستم تغذیه مداوم بسیار راحت است. در حال حاضر کاربرد DRI در فولادسازی eAF پیشرفت های زیر را داشته است:
① بهره وری eAF بهبود یافته است. به دلیل محتوای کمگوگردوفسفردر DRI، زمان پالایش eAF کاهش می یابد. علاوه بر این، به دلیل تحقق تغذیه مداوم، زمان تغذیه کاهش یافته و سرعت ذوب تسریع می شود.
② می تواند فولاد با کیفیت بالا تولید کند، زیرا ناخالصی های زیادی در ضایعات فولاد وجود دارد، تولید فولاد با کیفیت بالا با فولاد 100٪ قراضه در کوره الکتریکی دشوار است، اما محتوای ناخالصی در DRI بسیار کم است و فولاد با کیفیت بالا مانند فولاد الکتریکی را می توان در کوره الکتریکی تولید کرد.
③ با توجه به پایداری ترکیب DRI، زمان کوره ترکیب فولاد خارج از حد معمول را می توان کاهش داد، به ویژه در هنگام تولید فولاد کم کربن.
④ شکستگی الکترود کاهش می یابد و مصرف الکترود کاهش می یابد.
با این حال، ذوب DRI در یک کوره الکتریکی مصرف برق را در مقایسه با ذوب قراضه افزایش می دهد. افزایش مصرف برق برای کاهش اکسید آهن باقیمانده و گانگ در ذوب DRI و سرباره برای جدا شدن از آهن استفاده می شود. همچنین مشاهده شد که وقتی نسبت DRI در ماده خام از 20% فراتر رفت، افزایش مصرف برق ثابت باقی ماند. استفاده از DRI همچنین باعث افزایش مصرف آهک و سرباره می شود. هنگامی که کوره الکتریکی طراحی شده برای ذوب ضایعات فولاد برای ذوب DRI استفاده می شود، عمر مواد پوشش کاهش می یابد. برای رفع مشکلات فوق باید نوع جدیدی از کوره الکتریکی با شارژ DRI پیوسته طراحی شود که دارای مشخصات زیر باشد:
① افزایش قطر پوسته کوره.
② قطر مرکز الکترود را کاهش دهید یا از روش ستون الکترود شیبدار استفاده کنید.
③ به جای مواد نسوز از دیواره کوره خنک شده با آب استفاده کنید.
④ در دوره ذوب، از ضریب توان کم، حالت عملکرد قوس کوتاه و جریان خروجی ترانسفورماتور مربوطه، راهنمای اتوبوس، کابل انعطاف پذیر و الکترود استفاده کنید.
⑤ یک راکتانس کم یدکی برای کوره انتخاب کنید.
⑥ ذوب شدن در زیر سرباره کف، قوس پوششی.
رویه تولید نشان می دهد که آهن اسفنجی تا 30 درصد می تواند بدون هیچ مشکل عملیاتی به شارژ کوره برقی اضافه شود، اما زمانی که نسبت مواد بالاتر بیشتر باشد، ممکن است باعث ایجاد گره در کوره شود. این نشان می دهد که جایگزینی ضایعات DRI-100٪ هنوز دشوار است.
3. کاربرد DRI در فولادسازی مبدل اکسیژن
فولاد قراضه به عنوان خنک کننده در فولادسازی مبدل اکسیژن استفاده می شود. با کاهش مقدار ضایعات برگشتی، یافتن انواع خنک کننده دیگری برای جایگزینی فولاد قراضه ضروری است. معمولا دو گزینه وجود دارد:
استفاده از سنگ آهن یاسنگ آهک
از DRI استفاده کنید
استفاده از DRI به عنوان خنک کننده دارای مزایای زیر است:
① نسبتا خالص، ناخالصی کمتر
② ثبات قیمت
③ نرخ بازیافت فولاد مذاب بیشتر از سنگ آهن و سنگ آهک است.
از نظر تئوری، افزودن مداوم DRI در فولادسازی مبدل اکسیژن مناسب است زیرا مبدل اکسیژن گرمای بسیار متمرکز مورد نیاز برای ذوب DRI را فراهم می کند، بنابراین DRI به سرعت ذوب می شود و برای مدت کوتاهی در جو اکسید کننده کوره باقی می ماند. پیشرفت زیر در کاربرد DRI در مبدل اکسیژن حاصل شده است.
① می تواند فولاد کم گوگرد مانند فولاد الکتریکی تولید کند
② طول عمر آستر کوره با کاهش دمای سرباره و (3) از بین بردن تاثیر مکانیکی ضایعات فولادی وزن بر روی پوشش کوره بهبود می یابد.
③ هنگامی که نسبت DRI زیاد باشد، زمان تغذیه از طریق قیف کوتاه می شود، بنابراین زمان ذوب فولاد در هر کوره کاهش می یابد.
حالت تغذیه DRI در مبدل اکسیژن می تواند از طریق قیف قراضه (تغذیه دسته ای) یا تغذیه مداوم از طریق سطل بالا باشد. دومی دارای مزایای زیر است:
① DRI سریعتر ذوب می شود زیرا می تواند در طول فرآیند دمیدن تغذیه شود.
② با تنظیم سرعت تغذیه، فرآیند دمیدن می تواند در هر زمان به تعادل حرارتی برسد، بنابراین کنترل درجه حرارت در کوره آسان تر است.
③ محتوای FeO در سرباره کاهش می یابد، بنابراین پاشش کاهش می یابد و سرعت بازیافت فولاد مذاب افزایش می یابد.
در مقایسه با آهن اسفنجی، HBI یا CDRI مزایای آشکاری دارند. نتایج آزمایش یک کارخانه فولاد به شرح زیر است:
① نرخ بازیابی فولاد مذاب 1٪ کاهش یافت
② مصرف منفرد آهن مذاب 11 کیلوگرم در تن افزایش یافت
③ مصرف آهک 6 کیلوگرم در تن افزایش یافت
④ به عنوان جایگزین ضایعات، HBI را می توان تا 32٪ از ضایعات بدون مشکل عملیاتی استفاده کرد.
با توجه به نتایج آزمایش، می توان تخمین زد که 30٪ از ضایعات فولادی را می توان با DRI جایگزین کرد بدون اینکه بر عملکرد مبدل تأثیر بگذارد. اگر قرار است نسبت بیشتری از DRI استفاده شود، اقدامات زیر باید انجام شود:
① DRI نرخ فلزی شدن بالاتری دارد
② از سیستم تغذیه مداوم DRI استفاده کنید
③ نسبت حجمی فولاد تناژ بدنه کوره را افزایش دهید
④ تجهیزات تصفیه سرباره را افزایش دهید
