مقاله 20 : فولادسازی

فولاد
اصطلاح فولاد برای آلیاژهای آهن که بین ۰/۰۲۵ تا حدود ۲ درصد کربن دارند بکار می‌رود فولادهای آلیاژی غالبا با فلزهای دیگری نیز همراهند. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد.
کاربرد انواع مختلف فولاد
از فولادی که تا ۰٫۲ درصد کربن دارد، برای ساختن سیم، لوله و ورق فولاد استفاده می‌شود. فولاد متوسط ۰٫۲ تا ۰٫۶ درصد کربن دارد و آن را برای ساختن ریل، دیگ بخار و قطعات ساختمانی بکار می‌برند. فولادی که ۰٫۶ تا ۱٫۵ درصد کربن دارد، سخت است و از آن برای ساختن ابزارآلات، فنر و کارد و چنگال استفاده می‌شود.
ناخالصی‌های آهن و تولید فولاد
آهنی که از کوره بلند خارج می‌شود، چدن نامیده می‌شود که دارای مقادیری کربن، گوگرد، فسفر، سیلیسیم، منگنز و ناخالصی‌های دیگر است. در تولید فولاد دو هدف دنبال می‌شود:

• سوزاندن ناخالصی‌های چدن
• افزودن مقادیر معین از مواد آلیاژ دهنده به آهن

منگنز، فسفر و سیلیسیم در چدن مذاب توسط هوا یا اکسیژن به اکسید تبدیل می‌شوند و با کمک ذوب مناسبی ترکیب شده، به صورت سرباره خارج می‌شوند. گوگرد به صورت سولفید وارد سرباره می‌شود و کربن هم می‌سوزد و مونوکسید کربن (CO) یا دی‌اکسید کربن (CO۲) در می‌آید. چنانچه ناخالصی اصلی منگنز باشد، یک کمک ذوب اسیدی که معمولاً دی‌اکسید سیلسیم (SiO۲) است، بکار می‌برند:

• (MnO + SiO۲ -------> MnSiO۳(l

و چنانچه ناخالصی اصلی سیلسیم یا فسفر باشد (و معمولاً چنین است)، یک کمک ذوب بازی که معمولاً اکسید منیزیم (MgO) یا اکسید کلسیم (CaO) است، اضافه می‌کنند:

• (MgO + SiO۲ -------> MgSiO۲(l

(۶MgO + P۴O۱۰ -------> ۲Mg۳(PO۴)۲(l
کوره تولید فولاد و جدا کردن ناخالصی‌ها
معمولاً جداره داخلی کوره‌ای را که برای تولید فولاد بکار می‌رود، توسط آجرهایی که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند، می‌پوشانند. این پوششی مقداری از اکسیدهایی را که باید خارج شوند، به خود جذب می‌کند. برای جدا کردن ناخالصی‌ها، معمولاً از روش کوره باز استفاده می‌کنند. این کوره یک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن ۱۰۰ تا ۲۰۰ تن آهن مذاب جای می‌گیرد.
بالای این ظرف، یک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روی سطح فلز مذاب منعکس می‌کند. جریان شدیدی از اکسیژن را از روی فلز مذاب عبور می‌دهند تا ناخالصی‌های موجود در آن بسوزند. در این روش ناخالصیها در اثر انتقال گرما در مایع و عمل پخش به سطح مایع می‌آیند و عمل تصفیه چند ساعت طول می‌کشد، البته مقداری از آهن، اکسید می‌شود که آن را جمع‌آوری کرده، به کوره بلند باز می‌گردانند.
روش دیگر جدا کردن ناخالصی‌ها از آهن
در روش دیگری که از همین اصول شیمیایی برای جدا کردن ناخالصی‌ها از آهن استفاده می‌شود، آهن مذاب را همراه آهن قراضه و کمک ذوب در کوره‌ای بشکه مانند که گنجایش ۳۰۰ تن بار را دارد، می‌ریزند. جریان شدیدی از اکسیژن خالص را با سرعت مافوق صوت بر سطح فلز مذاب هدایت می‌کنند و با کج کردن و چرخاندن بشکه، همواره سطح تازه‌ای از فلز مذاب را در معرض اکسیژن قرار می‌دهند.
اکسایش ناخالصی‌ها بسیار سریع صورت می‌گیرد و وقتی محصولات گازی مانند CO۲ رها می‌شوند، توده مذاب را به هم می‌زنند، بطوری که آهن ته ظرف، رو می‌آید. دمای توده مذاب، بی آنکه از گرمای خارجی استفاده شود، تقریباً به دمای جوش آهن می‌رسد و در چنین دمایی، واکنشها فوق‌العاده سریع بوده، تمامی‌ این فرایند، در مدت یک ساعت یا کمتر کامل می‌شود و معمولاً محصولی یکنواخت و دارای کیفیت خوب بدست می‌آید.
تبدیل آهن به فولاد آلیاژی
آهن مذاب تصفیه شده را با افزودن مقدار معین کربن و فلزهای آلیاژ دهنده مثل وانادیم، کروم، تیتانیم، منگنز و نیکل به فولاد تبدیل می‌کنند. فولادهای ویژه ممکن است مولیبدن، تنگستن یا فلزهای دیگر داشته باشند. این نوع فولادها برای مصارف خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در دمای زیاد، آهن و کربن با یکدیگر متحد شده، کاربید آهن (Fe۳C) به نام «'سمنتیت» تشکیل می‌دهند. این واکنش، برگشت‌پذیر و گرماگیر است:

• Fe۳C <------- گرما + ۳Fe + C

هرگاه فولادی که دارای سمنتیت است، به کندی سرد شود، تعادل فوق به سمت تشکیل آهن و کربن، جابجا شده، کربن به صورت پولکهای گرافیت جدا می‌شود. این مکانیزم در چدن‌ها که درصد کربن در آنها بیشتر است، اهمیت بیشتری دارد. برعکس، اگر فولاد به سرعت سرد شود، کربن عمدتاً به شکل سمنتیت باقی می‌ماند. تجزیه سمنتیت در دمای معمولی به اندازه‌ای کند است که عملا انجام نمی‌گیرد.

فولادسازي
فولاد با تصفيه فولاد مذاب، سرد کردن و شکل دادن در قالب‌ها حاصل مي‌شود. دو روش اساسي براي به دست آوردن فولاد مذاب وجود دارد:
1-فرآيندي براساس ذغال‌سنگ شامل: کک متالوژي، کوره بلند و کوره اکسيژن.
2-فرآيندي براساس ذوب‌ قراضه و آهن اسفنجي به وسيله جريان قوس الکتريکي در کوره‌هايي به همين نام.
کارخانه‌اي که از نيروي برق به عنوان انرژي در قوس الکتريکي استفاده مي‌کند ميني‌ميل مي‌گويند. اغلب کارخانه‌هاي توليدکننده ‏ DRIاغلب ميني‌ميل ناميده مي‌شود. در 20 سال گذشته در بيشتر نقاط دنيا گرايش به فرآيند توليد ‏ DRI‏ افزايش يافته و سهم آن در توليد فولاد دنيا بيشتر و بيشتر مي‌شود. دليل اين گرايش و توسعه هزينه پايين‌تر آن نسبت به روش کوره بلند و آسيب نرساندن به محيط زيست مي‌باشد. در روش کوره بلند به دليل استفاده از کمک به جاي سوخت آلودگي محيط‌زيست بيشتر است. در کشورهايي که هزينه آهن قراضه زياد و در عوض هزينه استفاده از گاز طبيعي ناچيز مي باشد، توليد ‏DRI‏‏ به عنوان اصلي‌ترين منبع آهن براي روش ميني‌ميل انجام مي‌پذيرد. اين شامل تمامي طبقه‌بندي‌هاي فولادي در ميني‌ميل‌ها مي‌باشد.
در بيشتر کشورهاي صنعتي دنيا براي اينکه محصول خالص‌تري به دست آورند در کوره قوس فقط از ‏ DRI‏ استفاده مي‌کنند. زيرا ‏DRI‏ ناخالصي‌هايي که در قراضه‌هاي آهن موجود است در بر ندارد. اين از اهميت ويژه‌اي برخوردار است زيرا که ناخالصي‌هاي موجود در آهن ‏‎(Mo, Ni, Cr, Sn, Zn, Cu)‎‏ اثرات مضري در خواص شيميايي و فيزيکي فولاد مي‌گذارد.
از آنجايي‌که ميني‌ميل سهم بازار را هر روز بيشتر از آن خود مي‌کند، تقاضا در سطح جهان براي آهن اسفنجي هر لحظه افزايش مي‌يابد.

ميدركس، بزرگترين سازنده واحد احياي مستقيم آهن
شركت ميدركس (Inc midrex technologies) شركتي است نوآور كه حدود 3 دهه در زمينه احياي مستقيم آهن (DRI) فعاليت كرده است. اين شركت بين المللي سازنده تكنولوژي است كه به وسيله آن سنگ آهن، تبديل به آهن احيا شده با درجه خلوص بالا مي شود. آهن احيا شده در صنايع ذوب آهن و توليد فولاد داراي استفاده بسيار است.
اولين كارخانه از سلسله كارخانجات ميدركس، فعاليت توليدي و اقتصادي خود را به سال 1969 آغاز كرد و به تدريج تعداد اين كارخانه ها به 53 واحد در 19 كشور دنيا افزايش يافت كه آخرين آن ها واقع در مصر است. به طوري كه در گرماي سوزان صحراي شني عربستان يا در نقاط سرد شمال كانادا و روسيه، كارخانه هاي اين شركت بزرگ در حال توليد محصولات خود هستند.
كارخانه هاي اين شركت از سال 1987 تاكنون حدود 60 درصد كل آهن احيا شده مورد نياز جهان را تامين مي كنند و رويكرد مديران آن ها عموماً كاهش قيمت و افزايش كيفيت محصولات است كه از طريق هر چه مدرن تر كردن تكنولوژي توليد به دست مي آيد. بدين ترتيب است كه توليد آهن احيا شده توسط ميدركس از حدود يك ميليون تن در سال 1970 به چهل ميليون تن رسيده است.
علاوه بر همه اين ها ميدركس در برخي پروژه هاي زيست محيطي (بازيافت)، توليد انرژي و فعاليت هاي توليدي غيرفلزي نيز فعاليت دارد و همه محصولات آن داراي گواهينامه بين المللي 9001 ISO هستند.
ميدركس بزرگترين كارخانه توليد (DRI) جهان را در شهر ترينيداد و توباگو براي شركت بين المللي ايسپات ساخته و به مرحله بهره برداري رسانيده است. ميدركس در ايران فعاليت داشته و در حال حاضر واحدهاي احياي مستقيم چندان چندين فولاد ساز بزرگ ايراني از جمله فولاد خوزستان و فولاد مباركه اصفهان از اين دسته است.
واحد احياي مستقيم ميدركس با يكسري تغييرات و افزايش ظرفيت توليد آن با نام زمزم هم اكنون در ايران در چندين كارخانه فولاد سازي در حال نصب و يا استفاده است.
ميدرکس روشي در تهيه توليد ‏DRI‏ است که در اختيار شرکت شارلوت مي‌باشد. يک تکنولوژي کاملا خصوصي، روش ميدرکس در دنيا براي توليد ‏ DRI‏‏ يک روش چيره و همه‌گير است. حدود 85 درصد توليد ‏ DRI‏ ‏ در دنيا با روش ميدرکس توليد مي‌شود.‏ به صورت فعلي حدود 49 واحد ميداکس در 16 کشور دنيا مشغول به کار هستند که تمامي اينها از گازشکن‌ها براي تبديل گاز طبيعي به ‏CO‏ و ‏H2‎‏ استفاده مي‌کنند و تنها دو واحد در آفريقاي جنوبي و کره‌جنوبي مشغول به کار هستند که واحد تبديل به گاز دارند و گازهاي مورد نياز و احياکننده خود را توليد مي‌کنند.‏ اين دو واحد در واقع از فرآيند کورکس/ ميدرکس استفاده مي‌کنند و با استفاده از فرآيند کودکي گاز احياي مورد نياز خود را به دست مي‌آورند. عملکرد فرآيند ميدرکس، احياي سنگ‌آهن خام در درون يک راکتور بلند و عمومي است که کوره ميله‌اي ميدرکس نام دارد. اين کار به اين صورت انجام مي‌گيرد که اکسيدهاي آماده آهن که به صورت گلوله‌هاي تيله شکل مي‌باشند به خاطر وزن خود به سوي پايين کوره غلتانده مي‌شوند، درست خلاف مسير گازهاي داغ احياکننده که از پايين کوره به بالا مي‌آيند. گازهاي داغ با اکسيد آهن ترکيب شده و اکسيژن آن را مي‌گيرند به اين‌صورت اکسيد آهن احيا مي‌گردد.‏

اتصال تبديل‌کننده گاز و يک واحد ميدرکس
همان‌طور که در شروع مقاله بيان شد، اغلب ‏ DRI‏ ‏‌هاي توليد شده با استفاده از گاز طبيعي به عنوان منبع سوخت ايجاد مي‌شوند. از آنجايي که گاز طبيعي با هزينه کم بسيار محدود است، متاسفانه اين روش براي همه توليد‌کننده‌هاي ‏ DRIقابل استفاده نمي‌باشد.
مناطقي مانند آسياي غربي و اروپاي غربي که توليدکننده‌هاي فولادي در آنجا مشغول به کار هستند از آن جمله محسوب مي‌گردند. بدين لحاظ دارندگان دانش فني توليد ‏ DRIدر جست‌وجوي روشي اقتصادي با استفاده از ذغال به عنوان اين منبع هستند.
به خاطر نياز به استفاده از ذغال و محصولات فرعي نفت تصفيه شده به عنوان منبع انرژي روش ميدرکس به دنبال اتصال يک تبديل‌کننده گاز با واحد ميدرکس مي‌باشد و اين طرح با شروع بحران انرژي در سال 1973 قوت گرفت. ايده کلي ترکيب يا اتصال دو فرآيند از دو سيستم کليدي به‌صورت زير تشکيل شده است:
1- کارخانه تبديل‌گننده گاز
2- کارخانه ميدرکس
3-در درون کارگاه تبديل‌کننده گاز بخش‌هاي زير موجود هستند:‏
واحد تبديل‌کننده گاز، واحد بازسازي و پاکسازي گاز، واحد بهينه‌سازي، کارگاه جداکننده هوا، در درون
کارگاه ميدرکس بخش‌هاي زير موجود هستند.
-کوره قائم ميله‌اي ميدرکس
-سيستم جمع‌کننده گازهاي ‏Co2‎‏ برگشتي
- سيستم گرم‌کننده گازهاي احيا کننده
- ديدگاه اقتصادي
ترکيب ساختمان مستقل دو کارگاه گازسازي و ميدرکس به علت هزينه سرمايه زياد روشي اقتصادي در توليد آهن اسفنجي شمرده نمي‌شود. علت اين عدم گرايش هزينه زيادي است که ساخت اين دو کارگاه در کنار يکديگر و براي يک واحد مستقل ايجاد مي‌کند. اين هزينه بالا امتياز استفاده از ذغال را در اين فرآيند به عنوان منبع اوليه سوخت که يک مزيت شمرده مي‌شود را ناديده مي‌گيرد. براي توليد گازهاي ترکيبي در واحد از فرآيند گازسازي با ذغال استفاده شده است. متأسفانه ميانگين هزينه 7/130 دلار براي واحدهاي توليدکننده آهن اسفنجي با استفاده از گاز طبيعي، فولادسازي براساس احياي سنگ‌آهن با کک و استفاده از قراضه‌هاي با کيفيت در کوره‌هاي قوس در کشوري مانند آمريکا رقم بالايي است.
سرمايه‌گذاران در جست‌وجوي رقمي حدود 120 دلار يا کمتر هستند. لذا به‌دنبال اين ديدگاه نظرشان به ترکيب کارگاه گازسازي به همراه واحد ميدرکس جلب شده است ولي استفاده از اين روش نيز نبايد هزينه واحد را از 120 دلار بالاتر ببرد.
از سوي ديگر در بسياري از نقاط دنيا ترکيب دو کارگاه مستقل گازسازي و ميدرکس از لحاظ هزينه‌اي توانايي رقابت دارد. اين ادعا به خاطر چندين دليل قابل اثبات است:‏
1-هزينه نسبتاً پايين ذغال‌ و سنگ‌آهن.
2-استفاده از محصولات فرعي و ارزان نفت.
3- پايين بودن هزينه کارگران ساختمان.
4- افزايش تقاضاي محصولات فولادي به علت کمبود.‏
5- فشار مسئولان محيط‌زيست به خاطر عدم استفاده از کک در فرآيند فولادسازي
بسياري از امتيازات آهن اسفنجي در خصوص ترکيب دو کارگاه مستقل گازسازي و ميدرکس در کشورهايي مانند چين، هندوستان، کره‌جنوبي، برزيل، آفريقاي جنوبي و اروپاي غربي يافت مي‌شود. در اين کشورها نيروي برق ارزان براي استفاده در کارگاه‌هاي فولادسازي از موارد بحراني محسوب مي‌گردد. اگر سوخت ارزان در دسترس باشد، آنگاه واحد تبديل‌کننده گاز قادر به توليد گازهاي ترکيبي موردنياز نيروگاه براي توليد الکتريسته ارزان خواهد بود.‏ براي ساخت موفقيت‌آميز يک واحد ترکيبي تبديل‌کننده گاز/ ميدرکس بايد به موارد کليدي زير توجه داشته باشيم:
وجود يک تبديل کننده گاز مستقل بر پايه استفاده از نيروگاه يا کارگاه شيميايي براي استفاده بيشتر از گازهاي ترکيبي بسيار مورد نياز مي‌باشد. براساس شرايط محيطي اگر گازهاي ترکيبي با کيفيت قابل قبول در دسترس باشد، احداث کارگاه توليد ‏ DRI‏‏ زماني بهينه خواهد شد که هزينه توليد گاز بيشتر از 3 دلار بر ‏MMBtu‏ نگردد. بايد تا آنجايي که امکان دارد هزينه سرمايه کارگاه توليد گازهاي ترکيبي را کم کنيم اگر امکان داشته باشد از سيستم گوگردزدايي، سيستم غبارروب، سيستم پاک‌کننده هيدروکربن و بسط‌دهنده گاز استفاده نشود. همچنين تا آنجا که مي‌توانيم عمليات مشترک دو سيستم ميدرکس و توليد گاز را افزايش دهيم.‏و تا آنجا که امکان دارد از محصولات فرعي پالايشگاه‌هاي نفت با قيمت ارزان استفاده شود. مي توان يک مجتمع توليد فولاد به همراه نيروگاه ساخت.

مجتمع توليد فولاد با حجم کوچک
ترکيب دو واحد توليد گاز و ميدرکس نهايتاً منجر به توليد آهن اسفنجي مورد نياز براي واحد فولادسازي مي‌شود. مجتمع توليد فولاد در حجم کوچک شامل: کارگاه توليد گاز، کارگاه ميدرکس، سيستم جمع‌کننده گازهاي چرخشي متصل با نيروگاه و کارگاه فولادسازي مي‌شود. نيروگاه بايد برق موردنياز جداسازي گازها، کارگاه ميدرکس و فولادسازي را فراهم نمايد.‏ نيروگاه برق بايد از امتياز سوخت ارزان براي توليد انرژي با قيمت رقابتي برخوردار باشد. در کشورهاي واقع در اروپاي غربي هندوستان، برزيل و آسياي شرقي توليد يا خريد نيروي برق با قيمت رقابتي بسيار با اهميت است. اگر آهن اسفنجي توليد شده با گرماي 700 درجه سانتي‌گراد (‏F‏1300) فارنهايت، مستقيما از کارگاه ميدرکس به گرم نگهدارنده‌هاي موجود در کارگاه ميدرکس منتقل گردد، براي توليد يک تن محصول مياني از کارگاه فولادسازي 650 کيلووات بر ساعت انرژي مورد نياز خواهد بود. اين انرژي تنها نياز کارگاه فولادسازي را برطرف مي‌کند و ارتباطي با انرژي موردنياز درکارگاه‌هاي توليد گاز و ميدرکس ندارد.‏ مقياس جديد جهاني در ايجاد مجتمع کوچک فولادسازي، ظرفيت 4/2 ميليون تن محصولات مياني فولادي است. اينچنين مجتمع 7/2 ميليون تن در سال آهن اسفنجي نياز دارد. کل انرژي مورد نياز اين واحد 360 مگاوات تخمين‌زده مي‌شود.

احياء مستقيم


مقدمه :
در سال 1978 كوره هاي قوس الكتريكي طراحي شد در اين كوره ها مي توان به هر ميزان بار جامدفلزي را ذوب كرد اين موضوع فكر استفاده از روش احيا مستقيم را قوت بخشيد. تكنولوژي توليد آهن به روش احيا مستقيم به سه روش رايج انجام مي‌شود : الف) روش H.Y.L اين روش برگرفته از نام اولين كمپاني سازنده مكزيكي بنام HYSA است و اولين واحد صنعتي آن در مكزيك با ظرفيت 75 هزار تن ساخته شد كه از آن استقبال خوبي بعمل نيامد اساس كار در اين روش استفاده از گاز احيا كننده حاصل از تغيير فرم گاز طبيعي به بخار آب و استفاده از آن در راكتور ساكن يا متحرك مي باشد ب) روش پروفر: اين روش توسط يك كمپاني آلماني ابداع گرديد كه مورد استقبال قرار نگرفت و تنها كمتر از 10% آهن اسفنجي به روش احيا مستقيم به اين شيوه توليد ميگردد . ج) روش ميدركس :ابداع اين روش توسط يك كمپاني آمريكايي بوده در اين روش سنگ معدن را در واحدهايي به نام گندله سازي كه در جوار واحد احياء احداث گرديده آسيا شده و پس ازتبديل به گندله به قطر 10الي 15 ميلمتر و پخته شدن وارد كوره احياء ميگردد و در دماي زير نقطه ذوب فولاد بين 950-750 در جه سانتيگراد توسط گاز احيا كننده CO) و H2 ) اكسيژن آن حذف شده و محصول توليدي به صورت جامد كه آهن اسفنجي يا DRI نام دارد توليد مي گردد
گاز احياي در فرآيند احيا ء مستقيم با تبديل گاز متان در قسمت ريفرمر در جوار كاتاليزورهايي كه در آن قسمت وجود دارد توليد ميشود عيب اين روش در اينست كه رآكتور احيا و ريفرمر در ارتباط با يكديگر هستند و اگر گوگرد در راكتور احيا توليد شده باشد به ريفرمر رفته و باعث مسموم و خراب شدن كاتاليزور خواهد شد مزاياي روش ميدركس عبارتند : 1- استفاده از گاز احياي دركوره اي تنوره اي با بستر متحرك 2- استفاده از گاز خروجي راكتور احيا براي تغيير فرم گاز طبيعي و توليد گاز احياي 3- انجام فرآيند در فشار پايين 4- امكان بار دهي سرد 5- مصرف انرژي پايين

توسعه فرآيندها احياء مستقيم:

با روند رو به افزايش توليد فولاد در كوره هاي قوس الكتريكي (EAF) و جهت گيري توليد محصولات كيفي و افزايش قيمت قراضه و كمياب شدن آن تقاضا براي استفاده از آهن اسفنجي در شارژ فلزي كوره هاي فولادسازي بيشتر شده است براي توليد آهن اسفنجي در جهان روشهاي متعددي ابداع گرديده است كه در بين روشهاي احياء مستقيم فرآيندهاي ميدركس ، HYL ، پورفر ، آركس و قائم را مي توان نام برد كه از بين روشهاي فوق ميدركس با مزيت هاي برتري كه مطرح گرديد .نسبت به ساير روشها بيشتر توسعه يافته است بر اساس اطلاعات و آمار حدود 65 درصد از اهن اسفنجي توليدي در دنيا به روش ميدركس توليد شود در اين تكنولوژي ثابت شده كه قابليت كار در يك محدوده وسيعي مواد خام سنگ آهن همراه با نتايج عملي خوب و بازده بالا احياء مي گردد طي سالهاي اخير با اصلاحات انجام شده برخي از فرآيندهاي احياء مستقيم جديد وارد بازار شده اند كه از جمله مي توان فرآيندهاي Circored ,Finemet , Iron carbide كه بر اساس استفاده از پودر سنگ آهن به عنوان ماده خام و در كوره استوانه اي انجام مي شودرا مي توان نام برد ، در فرآيند داناركس (Danarex) اصلاحات عهده اي در كيفيت و قيمت محصولات آهن اسفنجي و بريكت ايجاد نموده اند ولي هنوز به اثبات نرسيده است .
در جدول شماره1 پارامترهاي احياء مستقيم در فرآيند ميدركس و HYL با روشهاي جديد مورد مقايسه قرار گرفته است .










جدول 1- مقايسه پارامترهاي احياء مستقيم در فرآيندهاي مختلف

ميدركس
HYL-3
آركس
آيرون كاربيد
مسي ملت
نوع سنگ آهن مصرفي
گندله، كلوخه
گندله ،كلوخه
گندله ،كلوخه
پودر سنگ آهن
پودر سنگ آهن
نوع راكتور
بستر متحرك
بستر متحرك
بستر متحرك
بستر سيال
كوره گردان
توليد گاز احياء كننده
ريفرمر
ريفرمر
خود ريفرمر
ريفرمر
احياء جامد
درجه حرارت گاز احيائي
( درجه سانتيگراد)
900-850
900-850
900-85
650-600
1300-1250
فشار گاز (اتمسفر)
1
5
1
4
1
حداكثر ظرفيت واحد (ميليون تن در سال)
8/0
1
4/0
3/0
5/0
انرژي مصرفي گاز طبيعي( گيگا ژول بر تن)
10
9/10
7/8
13
___
ذغال سنگ (كيلوگرم بر تن)
__
__
__
__
380
الكتريسته كيلو كالري بر تن
125
85
70
230
60
كل انرژي گيكاژول بر تن
3/11
8/11
4/9
4/15
8/15



محصولات احياء مستقيم

آهن اسفنجي ، كلوخه ،بريكت و پودر محصولات اصلي فرآيند احياء مستقيم است اين محصولات به صورت جامد متخلخل و با درصد آهن فلزي بالا مي باشند كه يك سطح ويژه كربن عمدتاً به صورت كاربيد
(C Fe3‍) در طول فرآيند تشكيل مي شود محصولات احياء مستقيم بستگي به شكل اكسيد آهن شارژ شده و نوع فرآيند احياء مستقيم دارد و ويژگي مشترك فرآيندهاي احياء مستقيم حذف اكسيژن سنگ آهن در دماي زير نقطه ذوب آهن مي باشد .
از پارامترهاي اساسي محصولات احياء مستقيم درجه فلز شدگي (درجه متاليزاسيون ) و ميزان درصد كربن
مي باشد ودرجه فلزي عبارتست از نسبت آهن فلزي به كل آهن موجود در محصول است و هرچه درجه فلزي آهن اسفنجي بالاتر باشد مصرف انرژي در كوره فولادسازي كمتر و ظرفيت توليد بيشتر
مي باشد همچنين درصد كربن در آهن اسفنجي نقش مهمي براي فرايند ذوب در كوره ها ي قوس الكتريك بر


عهده دارد و بسته به نوع عمليات فولادسازي درصد كربن را مي توان در مقادير مختلفي تنظيم كرد براي مثال در توليد فولادهاي كم كربن درصد كربن مورد نياز در آهن اسفنجي كم است .
درصد گانگ همراه آهن اسفنجي شامل مواد معدني غيرآهني موجود در سنگ آهن مانند Mgo,cao,Al203,Sio2 مي باشد كه هر چقدر ميزان گانگ همراه آهن اسفنجي بيشتر باشد مصرف انرژي افزايش و ظرفيت توليد كاهش مي يابد با توجه به اينكه آهن فلزي درآهن اسفنجي تمايل به بازگشت به حالت پابدار اكسيد شدن مي باشد زمانيكه در تماس با يك عامل اكسيد كننده مانند هوا با آب قرار مي گيرد واكنش داده و اكسيد ميشود تخلخل بالا و دانسيته كم و سطح تماس بالا علت اصلي مستعد بودن آهن اسفنجي به اكسد شدن سريع و خودسوزي مي باشد معمولاً حمل و نقل و ذخيره آهن اسفنجي تحت اتمسفر گاز خنثي و شرايط ويژه انجام مي شود .

فرآيندهاي فولادسازي

توليد فولاد خام به دو روش اصلي انجام مي شود يكي روش سنتي يا توليد در كنورتورهاي اكسيژني و ديگر روش كوره هاي قوس الكتريكي كه در روشهاي فوق مواد اوليه مصرفي متفاوت بوده و متناسب با مواد اوليه موجود در هر كشور و مزاياي هر روش در كشورهاي مختلف از روشهاي فولادسازي مناسب استفاده مي گردد معمولاً مواد اوليه مصرفي در روش كنورتور چدن مذاب همراه با مواد جامد فلزي است كه اين مواد جامد مي تواند قراضه
فولادي ، چدن جامد يا آهن اسفنجي باشد كه بر اساس ميزان انرژي گرمايي كه در فرآيند تبديل چدن مذاب به فولاد آزاد مي شود درصد شارژ فلزي جامد تعيين مي گردد .
ولي در روش كوره هاي قوس الكتريكي با توجه به اينكه از انرژي الكتريكي براي ايجاد گرما استفاده مي شود شارژ جامد تا 100 درصد امكان پذير است كه آن شامل قراضه هاي فولادي و محصولات احياء مستقيم است . در شركتهايي كه امكان تامين قراضه با كيفيت مناسب و ارزان قيمت فراهم باشد از قراضه در شارژ كوره استفاده مي شود و در واحدهاي فولادسازي كه تامين آهن اسفنجي از لحاظ اقتصادي بصرفه باشد از آن استفاده مي نمائيد .
مزيت اصلي آهن اسفنجي شارژ مداوم آن به كوره قوس مي باشد و عمليات شارژ نه تنها باعث حضور درصد نيتروژن كمتري در فولاد مي شود بلكه انعطاف پذيري كارخانه فولاد را براي يك سطح بالاتري از اتوماسيون فرآيند ذوب فراهم مي كند . در نمودار شكل 1 كاربرد انواع روشهاي فولادسازي در جهان و در ايران نشان داده شده است بر اساس اطلاعات اين نمودار بطور ميانگين در جهان حدود 66 درصد فولاد توليدي به روش كنورتورهاي اكسيژن 31 درصد به روش كوره قوس الكتريكي و حدود 3 درصد به ساير روشها مي باشد در


صورتيكه در ايران اطلاعات آن بر عكس آمار جهاني بوده و 23 درصد توليد فولاد در ايران به روش كنورتور و 77 درصد به روش كوره قوس الكتريكي مي باشد







ايران سومين توليد كننده آهن اسفنجي در جهان

وجود منابع غني گاز طبيعي ،معادن نسبتا مناسب سنگ آهن و منابع محدود زغال سنگ در ايران دلايل اصلي در استقبال از فرآيندهاي احياءمستقيم در ايران ميباشد از بين روشهاي احياء مستقيم فرآيندهاي ميدركس ، HYL1,HYL3 ، پورفر و قائم در صنايع فولاد كشور استفاده شده ، 5/11 درصد آهن اسفنجي دنيا در ايران توليد مي شود فولاد مباركه بزرگترين شركت و ايران سومين كشور توليدكننده آهن اسفنجي جهان است بر اساس اطلاعات جدول شماره دو طي 5 سال گذشته اهن اسفنجي جهان به ميزان 17 ميليون تن افزايش يافته است كه از اين مقدار حدود 11 ميليون تن از آن مربوط به هند مي باشد كه طي پنج سال گذشته توليد آهن اسفنجي در آن كشور حدود 3 برابر افزايش يافته است .


نتيجه گيري

با روند رو به افزايش توليد و مصرف فولاد در جهان و نياز بيشتر به قراضه و افزايش قيمت آن و از طرفي گرايش به توليد فولادهاي كيفي و محدوديت هاي موجود در شارژ چدن خام در كوره هاي فولادسازي تقاضا براي محصولات احياء مستقيم با توجه به ويژگي هاي برجسته آهن اسفنجي و بريكت رو به افزايش مي باشد اين محصولات در واحدهاي احياء مستقيم با ظرفيت بالا توليد و با استفاده از گاز طبيعي و با احياء گندله ، سنگ آهن و كلوخه توليد مي شود شاخص هاي آهن اسفنجي براي مصرف در فولادسازي درجه فلزي بالا ، ميزان كربن و حداقل درصد گانك آن مي باشد .
مشكل موجود در آهن اسفنجي اكسيداسيون و خودسوزي آن در تماس با هوا و آب مي باشد كه شرايط حمل و نقل آن را مشكل مي كند .
حدود 77 درصد فولاد توليدي در ايران به روش كوره قوس الكتريكي مي باشد و بر اين اساس با وجود منابع عظيم گازي در ايران و معادن سنگ آهن فرآيندهاي احياء مستقيم در كشور توسعه يافته و آهن اسفنجي به عنوان يك ماده اوليه اصلي در كوره هاي فولادسازي و حتي در كنورتورهاي اكسيژن به عنوان جايگزين قراضه مصرف مي گردد لذا با عنايت به مزاياي موجود در توسعه فرآيندهاي احياء مستقيم در ايران و اخذ پتنت در تكنولوژي احياء مستقيم توسط شركت هاي طراحي مهندسي توسعه واحدهاي گندله سازي و احياء مستقيم سهم عمده اي در توسعه فولاد خام كشور خواهد داشت .

دوره جديدي در فولادسازی






مقدمه :

شركت الچوسك اكرين در سال 1896 بناء گرديده و در كوره هاي روباز (زيمنس مار تين ) در يك بازده زماني چهار الي شمش ساعت فولاد توليد مي نمود ميزان توليدات آن كم و براي ريخته گري شمش و نورد ارسال مي گرديد اين شركت فرصت كمي براي ورود به بازار داشت و شرايط كاري آن سخت و غير قابل تحمل و همچنين حجم زيادي دودي از آن خارج مي شد . همه اينها دلايلي بود تا تصميم به انجام توسعه بزرگي و مدرنيزاسيون كارخانه گرفته شود


چشم اندازي از تغييرات :
قبل از دسامبر 2003 شركت آلچوسك يك گروه پروژه هاي را براي نصب و استفاده از تكنولوژي هاي نوين به منظور توليد 7/3 ميليون تن فولاد و نهايتاً دستيابي به توليد 7 ميليون تن در سال را در دستور كار قرار داد و با اين هدف با همكاري زينمس VAI اقدام به نصب يك كوره پاتيلي دو قلو جديد 300 تني (راه اندازي اگوست 2005) يك واحد VOD 300 تني (راه اندازي مي 2007 ) دو ايستگاه ريخته گري تختال دو شاخه اي (راه اندازي اگوست 2006 و مي 2007) گرديد اين طرحها براي انجام فرآيندهاي متالوژي ثانويه و ريخته گري مداوم توليدات كارگاه ذوب اجرا گرديد .

مشخصات كنورتور :
نوع كنورتور: دو واحد كنورتور LD با ظرفيت هر كدام در هر ذوب 300 تن
لانس دمش اكسيژن : با دمش 1200 نرمال متر مكعب گاز اكسيژن در دقيقه
سيستم جنبي : سيستم استوپر پنوماتيك سرباره و همزمان كف دم مذاب و سيستم نمونه گيري سابلانس .
سيستم تصفيه گاز و سرد كن گاز خروجي كنورتور :
دبي اوليه گاز خروجي از كنورتور :بيش از 000/290 نرمال متر مكعب بر دقيقه .
سيستم تصفيه گاز : جدا كننده الكترو استاتيك به روش خشك .
ميزان گرد و غبار همراه با دود خروجي : 35mg/nm3

سيستم هاي ثانويه جمع آوري گرد و غبار
مكانهاي جمع آوري گرد و غبار :محل تخليه و شارژ كنورتور، محل شارژ چدن مذاب . محوطه گوگردزدايي و سيستم هاي فرو آلياژ و كمك ذوب .
دبي گاز جمع آوري شده : بيش از 3 ميليون متر مكعب در ساعت .
ميزان گرد و غبار همراه گاز خروجي : كمتر از 20mg/nm3 .

اتوماسيون :
سطح اتوماسيون 1 : شامل PLC MCC و نرم افزارهاي كنترل فرآيند و مونيتورينك در مكانهاي زير :
- محوطه چدن مذاب
-كنوتورها
-. سيستم افزودن فروآلياژ ها
-. سيستم هاي اوليه و ثانويه تصفيه گاز
.- خرد كن
بهينه سازي فرايند اتوماسيون با سطح 2 : شامل برنامه هاي سخت افزار و نرم افزار براي كنترل ديناميك
مدل هاي فرآيند زير :
- تخليه چدن مذاب
- گوگرد زدايي از چدن مذاب
- كنورتورها
- سيستم سابلانس


در 11 مي 2005 يك پيمانكار با تائيد VAIبراي بازسازي و تكميل كارگاه ذوب شركت الچوسك با هدف تكميل مهندسي طرح ، مديريت عالي پروژه و عرضه تجهيزات فرآيند انتخاب گرديد و دامنه كار آن شامل سيستم حمل و نقل چدن مذاب ، سكوي گوگرد زدايي ، دو دستگاه كنورتور 300 تني LD ، تجهيزات عمليات پاتيلي ، فرآيندهاي اوليه و ثانويه تصفيه گاز ، تعمير تجهيزات كنورتور ، سيستم بونكرهاي فروآلياژ (56 بونكر) و همچنين اجراي سطح 1 و سطح 2 اتوماسيون تجهيزات فوق بود . فولاد توليدي در واحد فولادسازي شامل انواع فولادهاي كربني با مقدار كم ، متوسط و پركربن ، فولادهاي HSLA ، فولادهاي ميكرو آلياژي و فولادهاي لوله (X70 ) ميباشد .

راه اندازي
اجراي اين پروژه با هماهنگي كامل و طي يك برنامه قطعي انجام و كارگاه جديد ذوب با يك كارگاه ريخته گري مداوم كه در مجاور آن قرار داشت مرتبط گرديد . رمز رقابتي در اين پروژه افزايش بهره وري بود كه فعاليت هاي اجراي آن شامل نصب 000/10 تن تجهيزات ، 17000 تن مصالح ساختماني در يك شرايط نامساعد آب و هوا زماني كه درجه حرارت گاهي مواقع 30 درجه زير صفر قرار بود اجراء گرديد .
در ژانويه 2008 با راه اندازي اولين كنورتور 300 تن فولاد مذاب براي اولين بار از كنورتور تخليه شد و با گذشت زمان ميزان توليد به طور ملايم افزايش يافت و هر ذوب 300 تني از زمان شروع تا تخليه به مدت 40 دقيقه توليد گرديد .
همكاري بسيار عالي بين پيمانكاران ، تيم پروژه از زيمبس VAI و از طرفي مهارت خوب پرسنل شركت آچوسك در بهره برداري از تجهيزات رمز موفقيت در اين پروژه بود . همچنين مطابق برنامه تعيين شده كنورتور دوم هم در تابستان 2008 راه اندازي گرديد. ضمناً گاز خروجي از كنورتور به عنوان مصرف سوخت يا ذخيره در گاز هلدر براي ساير مصارف استفاده مي شود .

ملاحظه و نتيجه گيري :
با سرمايه گذاري انجام شده شركت الچوسك در زمره توليد كنندگان فولاد با ارزش افزوده بالا در اروپاي شرقي قرار گرفت و طي زمانهاي كه فولاد توليد نموده فولادي با كيفيت خوب و افزايش بهره وري و حداقل ضايعات در ريخته گري و نورد بوده است همچنين آلودگي ها زيست محيطي به نحو قابل ملاحضه اي بهبود يافته و فاكتورهاي آن بيش از 100 برابر كاهش يافته و علاوه بر منافعي كه براي پرسنل كارخانه و شهروندان الچوسك به همراه داشته است .
تكنولوژي در اين شركت به نحوي مي باشد كه قابليت تغيير در محصولات توليد وجود دارد و دروازه هاي جديدي در بازار باز گرديد .

منبع : metals & mining 2-2008

مقدمه :
موسسه بين المللي آهن و فولاد ( IISI )در سال 2006 پيش بيني قاطعي براي مصرف فولاد ارايه داد و به دنبال آن با رشد قابل ملاحظه اي مصرف ظاهري فولاد جهان از 029/1 ميليون تن در سال 2005به 121/1 ميليون تن در سال 2006 معادل 9درصد رشد افزايش يافت
طرح ريزي آينده براي سال 2007 پيش بيني نرخ رشد 5 درصد و و افزايش مصرف از 21/1 ميليون تن به 179/1 ميليون تن ميباشد كه چشم انداز آن تحت عنوان پيش بيني كوتاه مدت و ميان مدت منتشر شده است .
رشد مصرف فولاد در سال 2006 :

كميته اقتصادي موسسه بين المللي آهن و فولاد ( IISI ) با بررسي مصرف ظاهري و واقعي فولاد در سال 2006 در مقايسه با سال 2005 در مناطق مختلف جهان و محلهاي تجاري و تحويل فولاد كه توسط توليد كنندگان فولاد عرضه ميشود حاكي از تسلط مجدد چين و آسيا بر بازار فولاد جهان ميباشد . مصرف ظاهري فولاد در هند درسال 2006 نسبت به سال 2005 به ميزان 10درصد رشد داشته است كه ناشي از اقدامات زير بنايي و ساختماني در اين كشور بوده اگر چه چين با رشد 14 درصدي در مصرف ظاهري فولاد طي سال 2006 در صدر كشورهاي جهان قرار گرفته است . مصرف فولاد در سال 2006 در اتحاديه اروپا روند چشمگيري داشته كه نتيجه توسعه صنايع مهندسي و اجراي پروژه هاي ساختماني ميباشد ، همچنين رشد 8 درصدي مصرف ظاهري فولاد در 25 كشوري اروپايي به دليل تحولات عمده اقتصادي و همكاريهاي تجاري قوي آلمان با آنهابوده است.
كشورهاي شوروي سابق ( CIS ) باتوجه به افزايش مصرف انواع لوله در روسيه و همچنين كشورهاي عضو نفتا ( NFTA ) بارشد خوبي در مصرف ظاهري فولاد همراه بوده ا ند . كشورهاي آمريكاي جنوبي با مشاركت قوي در تبادل تجاري و دارا بودن منابع طبيعي شامل سنگ آهن با افزايش مصرف فولاد از 32 ميليون تن در سال 2005 به 36 ميليون تن در سال 2006ا همراه بوده و بعد از چين بيشترين رشد را در كشورهاي جهان داشته اند ، مشاركت ژاپن در توسعه صنايع كشتي سازي رشد 1 درصد در مصرف ظاهري فولاد در اين كشور و كشورهاي خاورميانه هم با توجه به ساخت و سازه هاي زير بنايي مصرف فولاد در اين كشورها از 34 ميليون تن در سال 2005 به 3/37 ميليون تن ر سال 2006 افزايش يافته و با رشد 6/9 درصد در اين كشورها شده است .


پيش بيني مصرف فولاد در سال 2007

مطابق با جدول شماره يك پيش بيني مصرف ظاهري فولاد در مناطق مختلف جهان توسط موسسه بين المللي آهن و فولاد ارائه گرديده است ، پيش گويي IISI نرخ رشد مصرف ظاهري فولاد در جهان 2/5 درصد ميباشد كه در مقايسه با سال 2006 به ميزان 7/3 درصد و يا حدود 30 ميليون تن كاهش مصرف خواهد بودضمن اينكه توليد فولاد در جهان داراي روند رو به رشد است .و پيش بيني براي افزايش توليد در سال 2007 به مقدار 5/5درصد خواهد بود پيش بيني مصرف قوي در كشور چين براي سال 2007 باعث خواهد شد اين كشور در بين مناطق جهان بيشترين رشد را داشته باشد و مصرف ظاهري فولاد از 374 ميليون تن در سال 2006 به 413 ميليون تن در سال 2007 برسد اگرچه اين چشم انداز حاكي از آن است كه مصرف ظاهري فولاد در چين طي سال 2007 با نرخ ملايم تري نسبت به سال 2006 افزايش مييابد و ميزان آن به 4/10 درصد در مقايسه با 4/14 درصد سال قبل خواهد بود . پيش بيني IISI براي كشورهاي شوروي سابق ، هند و خاورميانه نيز قوي خواهد بود ولي كشورهاي ا روپايي و كشورهاي عضو نفتا با رشد منفي در مصرف ظاهري فولاد همراه خواهند بود .
پيش بيني تقاضاي واقعي فولاد 2010تا2015

پيش بيني ميان مدت براي تقاضاي فولاد در كميته اقتصادي IISI مورد بررسي قرار گرفته و براي دوره زماني تا سال 2010 و 2010تا 2015 براي مناطق مختلف جهان در جدول شماره 2 ارائه شده است ميانگين تقاضا در جهان تا سال 2010 به ميزان 9/4درصد پيش بيني شده است پيش بيني تقاضاي براي كشورهاي چين و هند تا سال 2010 به ترتيب 4/8 و 7درصد و كمترين تقاضاي فولاد براي كشورهاي ژاپن و عضو نفتا ميباشد چشم انداز تقاضاي رشد فولاد براي ساير كشورهاي جهان ساليانه 4 درصد ميباشد طرح ريزي رشد تقاضاي فولاد در جهان از سال 2010 تا 2015 به ميزان 2/4 درصد ميباشد و همچنين در دوره زماني 2010 تا 2015 بيشترين تقاضا براي كشورهاي هند و چين به ترتيب 7/7 و 2/6 درصد در سال ميباشد. كميته اجراي IISI اين پيش بيني ها را در جلسه بوينس آيرس مورد بازنگري قرار داده و از كميته اقتصادي IISI درخواست شده كه مطالعاتي در رابطه با محل هاي تقاضا و توليد فولاد به عمل آورد و افزايش ظرفيت هاي ايجاد شده در چين و عدم توازن در تجارت فولاد رابررسي نمايد . پيش بيني ميشود تا سال 2010 ساليانه حدود 500 ميليون فولاد در چين توليد شود كه بخش زيادي از آن به ساير مناطق جهان صادر خواهد شد و واقعيت اين استكه در شرايط امروز هيچ كشور يا حتي اتحاديه اقتصادي ديگري در جهان به اندازه چينيها بر عرضه و تقاضاي فولاد تاثير گذار نيست و بازار فولاد در منطقه خليج فارس نيز تا حد زيادي تحت تاثير تحولاتي است كه در وضعيت توليد و تجارت فولاد در چين به وقوع ميپيوند و اعتقادبه توليد محصولات نهايي در داخل مرزهاي چين از سياستهاي توليد فولاد در اين كشور ميباشد كه ساير مناطق جهان متاثر از آن خواهد بود .

مقدمه :
موسسه بين المللي آهن و فولاد ( IISI )در سال 2006 پيش بيني قاطعي براي مصرف فولاد ارايه داد و به دنبال آن با رشد قابل ملاحظه اي مصرف ظاهري فولاد جهان از 029/1 ميليون تن در سال 2005به 121/1 ميليون تن در سال 2006 معادل 9درصد رشد افزايش يافت
طرح ريزي آينده براي سال 2007 پيش بيني نرخ رشد 5 درصد و و افزايش مصرف از 21/1 ميليون تن به 179/1 ميليون تن ميباشد كه چشم انداز آن تحت عنوان پيش بيني كوتاه مدت و ميان مدت منتشر شده است .
رشد مصرف فولاد در سال 2006 :

كميته اقتصادي موسسه بين المللي آهن و فولاد ( IISI ) با بررسي مصرف ظاهري و واقعي فولاد در سال 2006 در مقايسه با سال 2005 در مناطق مختلف جهان و محلهاي تجاري و تحويل فولاد كه توسط توليد كنندگان فولاد عرضه ميشود حاكي از تسلط مجدد چين و آسيا بر بازار فولاد جهان ميباشد . مصرف ظاهري فولاد در هند درسال 2006 نسبت به سال 2005 به ميزان 10درصد رشد داشته است كه ناشي از اقدامات زير بنايي و ساختماني در اين كشور بوده اگر چه چين با رشد 14 درصدي در مصرف ظاهري فولاد طي سال 2006 در صدر كشورهاي جهان قرار گرفته است . مصرف فولاد در سال 2006 در اتحاديه اروپا روند چشمگيري داشته كه نتيجه توسعه صنايع مهندسي و اجراي پروژه هاي ساختماني ميباشد ، همچنين رشد 8 درصدي مصرف ظاهري فولاد در 25 كشوري اروپايي به دليل تحولات عمده اقتصادي و همكاريهاي تجاري قوي آلمان با آنهابوده است.
كشورهاي شوروي سابق ( CIS ) باتوجه به افزايش مصرف انواع لوله در روسيه و همچنين كشورهاي عضو نفتا ( NFTA ) بارشد خوبي در مصرف ظاهري فولاد همراه بوده ا ند . كشورهاي آمريكاي جنوبي با مشاركت قوي در تبادل تجاري و دارا بودن منابع طبيعي شامل سنگ آهن با افزايش مصرف فولاد از 32 ميليون تن در سال 2005 به 36 ميليون تن در سال 2006ا همراه بوده و بعد از چين بيشترين رشد را در كشورهاي جهان داشته اند ، مشاركت ژاپن در توسعه صنايع كشتي سازي رشد 1 درصد در مصرف ظاهري فولاد در اين كشور و كشورهاي خاورميانه هم با توجه به ساخت و سازه هاي زير بنايي مصرف فولاد در اين كشورها از 34 ميليون تن در سال 2005 به 3/37 ميليون تن ر سال 2006 افزايش يافته و با رشد 6/9 درصد در اين كشورها شده است .


پيش بيني مصرف فولاد در سال 2007

مطابق با جدول شماره يك پيش بيني مصرف ظاهري فولاد در مناطق مختلف جهان توسط موسسه بين المللي آهن و فولاد ارائه گرديده است ، پيش گويي IISI نرخ رشد مصرف ظاهري فولاد در جهان 2/5 درصد ميباشد كه در مقايسه با سال 2006 به ميزان 7/3 درصد و يا حدود 30 ميليون تن كاهش مصرف خواهد بودضمن اينكه توليد فولاد در جهان داراي روند رو به رشد است .و پيش بيني براي افزايش توليد در سال 2007 به مقدار 5/5درصد خواهد بود پيش بيني مصرف قوي در كشور چين براي سال 2007 باعث خواهد شد اين كشور در بين مناطق جهان بيشترين رشد را داشته باشد و مصرف ظاهري فولاد از 374 ميليون تن در سال 2006 به 413 ميليون تن در سال 2007 برسد اگرچه اين چشم انداز حاكي از آن است كه مصرف ظاهري فولاد در چين طي سال 2007 با نرخ ملايم تري نسبت به سال 2006 افزايش مييابد و ميزان آن به 4/10 درصد در مقايسه با 4/14 درصد سال قبل خواهد بود . پيش بيني IISI براي كشورهاي شوروي سابق ، هند و خاورميانه نيز قوي خواهد بود ولي كشورهاي ا روپايي و كشورهاي عضو نفتا با رشد منفي در مصرف ظاهري فولاد همراه خواهند بود .
پيش بيني تقاضاي واقعي فولاد 2010تا2015

پيش بيني ميان مدت براي تقاضاي فولاد در كميته اقتصادي IISI مورد بررسي قرار گرفته و براي دوره زماني تا سال 2010 و 2010تا 2015 براي مناطق مختلف جهان در جدول شماره 2 ارائه شده است ميانگين تقاضا در جهان تا سال 2010 به ميزان 9/4درصد پيش بيني شده است پيش بيني تقاضاي براي كشورهاي چين و هند تا سال 2010 به ترتيب 4/8 و 7درصد و كمترين تقاضاي فولاد براي كشورهاي ژاپن و عضو نفتا ميباشد چشم انداز تقاضاي رشد فولاد براي ساير كشورهاي جهان ساليانه 4 درصد ميباشد طرح ريزي رشد تقاضاي فولاد در جهان از سال 2010 تا 2015 به ميزان 2/4 درصد ميباشد و همچنين در دوره زماني 2010 تا 2015 بيشترين تقاضا براي كشورهاي هند و چين به ترتيب 7/7 و 2/6 درصد در سال ميباشد. كميته اجراي IISI اين پيش بيني ها را در جلسه بوينس آيرس مورد بازنگري قرار داده و از كميته اقتصادي IISI درخواست شده كه مطالعاتي در رابطه با محل هاي تقاضا و توليد فولاد به عمل آورد و افزايش ظرفيت هاي ايجاد شده در چين و عدم توازن در تجارت فولاد رابررسي نمايد . پيش بيني ميشود تا سال 2010 ساليانه حدود 500 ميليون فولاد در چين توليد شود كه بخش زيادي از آن به ساير مناطق جهان صادر خواهد شد و واقعيت اين استكه در شرايط امروز هيچ كشور يا حتي اتحاديه اقتصادي ديگري در جهان به اندازه چينيها بر عرضه و تقاضاي فولاد تاثير گذار نيست و بازار فولاد در منطقه خليج فارس نيز تا حد زيادي تحت تاثير تحولاتي است كه در وضعيت توليد و تجارت فولاد در چين به وقوع ميپيوند و اعتقادبه توليد محصولات نهايي در داخل مرزهاي چين از سياستهاي توليد فولاد در اين كشور ميباشد كه ساير مناطق جهان متاثر از آن خواهد بود .

ديرگدازها در صنايع فولادسازي

1- مقدمه
كليه صنايع و كارخانجاتي كه داراي راكتورهاي گرمائي بوده و به طرق مختلف در مرحله ايي از فرآيند توليد در تماس مواد با درجه حرارت بالا مي باشند لازم است كه ديواره كوره ها ، مخازن ، بونكرها ، لوله ها ، راهگاهها و ظروف حمل و نقل كه حاوي مواد داغ و گداخته مي باشند با مواد ديرگداز پوشانده شوند ديرگدازها يا مواد نسوز به اكسيد هاي فلزي و شبه فلزي گفته مي شود كه داراي نقطه ذوب بالابوده و به صورت آجر ، ملات ، پودر و قطعات شكل داده شده مصرف مي شوند اين مواد بستگي به اجزاء تشكيل دهنده داراي خصوصيات فيزيكي و شيميائي و كاربردهاي متفاوتي مي باشند بطور ميانگين 70 درصد مواد ديرگداز در جهان در صنايع فولادسازي 7 درصد در صنايع سيمان و آهك ، 7 درصد در صنايع سراميك ، 40 درصد در صنايع شيشه سازي ، 3 درصد در صنايع غير آهني و 9 درصد به طور متفرقه مصرف مي شود و به اين دليل است كه مواد ديرگداز در صنايع فوق از اهميت ويژه اي برخورد دار است و بدون آن ادامه روند در اين صنايع غير ممكن مي باشد .

2- تقسيم بندي مواد ديرگداز :
مواد دير گداز از جنبه هاي مختلف دسته بندي مي گردند چنانچه براساس تركيب شيميائي باشد به مواد اسيدي ، خنثي و بازي تقسيم مي شوند و از نظر روش توليد به مواد ديرگداز پرس خشك ، اكستروژن ، ريخته گري و از جنبه درجه حرارت به ديرگدازهاي معمولي ( 0C 1770- 1550 ) ديرگدازهاي درجه حرارت بالا ( 2000-1770 ) و ديرگدازهاي خيلي بالا ( بالاي 2000 درجه سانتيگراد ) تقسيم بندي مي گردند .
آنچه متداول تر است تقسيم بندي شيميائي مي باشد .
2-1- مواد ديرگداز اسيدي
متداول ترين مواد ديرگداز اسيدي سيليس ( Sio2 ) مي باشد اين ماده به صورت طبيعي و به اشكال گوناگون و با فراواني مختلف مانند كوارتز در طبيعت يافت مي شود . از جمله مواد دير گداز اسيدي آلومينوسيليكاتها را مي توان نام برد .
2-2- مواد ديرگداز بازي ( قليائي )
دولوميت ( Cao- mgo ) ، منيزيت ( Mgo ) و كرم منيزيت از متداول ترين مواد ديرگداز بازي مي باشند كه كاربرد زيادي خصوصاً در صنايع فولادسازي دارا مي باشند
2-3- مواد ديرگداز خنثي :
مواد ديرگداز خنثي براي جدا نمودن مواد ديرگداز اسيدي و بازي استفاده مي شود كروميت از متداول ترين مواد ديرگداز خنثي مي باشد كه براي مجزا نمودن آستربازي و آستر اسيدي استفاده مي شود .
3- دير گدازهاي مصرفي در فولادسازي

مصرف مواد دير گداز در صنايع فولادسازي بستگي به محل مصرف و شرايط
بهره برداري از لحاظ تركيب شيميائي و شكل ماده متفاوت مي باشند . اين مواد به صورت آجر و مواد بي شكل در آستر كوره ها ، پاتيل ها ، تانديش ها و راهگاههاي تخليه استفاده مي گردند انواع مواد ديرگداز مصرفي در صنايع فولادسازي شامل مواد نسوز عايق ، مواد نسوز دولوميتي ، منيزيتي ، كرم – منيزيت ، مواد بي شكل ، مواد گانينگ
مي باشند .

3-1- مواد ديرگداز عايق :
بطور كلي خاصيت اصلي اين مواد اين است كه قابليت هدايت حرارتي آنها كم
و اين خاصيت ناشي از تخلخل زياد آن مي باشد كه دراين مواد وجود دارد .
اين مواد عمدتاً به خاطر جلوگيري از افت حرارتي كوره ها و پاتيل ها كاربرد دارند .
3-2- مواد ديرگداز آلومينوسيليكاتي
خاك رس تشكيل دهنده اين نوع ديرگداز مي باشد كه مقدار آلومين آن 35 الي 75 درصد متغير است ديرگدازهاي شاموتي با 25 الي 45 درصد آلومين به عنوان مقاوم در مقابل انتقال حرارت كه در برابر شوك حرارتي حساس هستند در سلولهاي كوره هاي كك و ديواره بيروني پاتيل ها استفاده مي شود با افزايش ميزان AL2o3 دراين نوع ديرگدازها نقطه ذوب آن افزايش و كاربرد وسيعي در كوره بلند و فولادسازي
دارا مي باشند .
3-3- نسوزها منيزيتي :
منيزي در طبيعت به صورت كربنات مينزيم و هيدرات منيزيم مي باشد كه از حرارت دادن اين مواد Mgo توليد مي شود .
در حال حاضر اكثر منيزي دنيا از آب دريا بدست مي آيد ديرگدازهاي منيزيتي كاربرد فراواني در كوره هاي فولادسازي ، ميكسرها ، كنورتورهاي سرب ، مس و نيكل دارد . منيزي به عنوان يك ديرگداز بازي داراي نقطه ذوب بالائي مي باشد .
3-4- مواد ديرگداز دولوميتي :
كربنات مختلط منيزيم و كلسيم دراثر تكليس تبديل به اكسيد منيزيم و آهك مي گردد مخلوط اين دو اكسيد خاصيت ديرگدازي و بطور كلي داراي نقطه ذوب بالا مي باشد عيب اين نوع ديرگداز جاذب رطوبت بودن آنها است .
4- توليد و مصرف ديرگدازها در ايران و جهان

صنعت توليد مواد ديرگداز در ايران همزمان با صنعت سيمان ايجاد گرديد و براي اولين بار در سال 1318 كارخانه نسوز امين آباد در تهران با ظرفيت روزانه 5 تن مواد ديرگداز آغاز به كار و با تأسيس كارخانه ذوب آهن اصفهان نخستين كارخانه بزرگ مكانيزه توليد مواد دير گداز در اين كارخانه با توليد اوليه 24 هزار تن آجر شاموتي و 15 هزار تن محصولات قليائي و انواع جرم احداث و در سال 1352 راه اندازي گرديد تاسال 1357 در ايران حدود 60 هزار تن مواد نسوز توليد مي گرديد . پس از انقلاب با توسعه صنعت ديرگداز و احداث كارخانجات جديد ظرفيت توليد مواد ديرگداز درايران افزايش يافت و جمع ظرفيت اسمي تاپايان سال 1383 مقدار 330000 تن بوده است . درسال 82 251000 تن مواد ديرگداز در ايران توليد شده و پيش بيني مي شود كه طي سال 83 به مقدار 295000 تن افزايش يابد. ايران با در اختيار داشتن سهمي بيش از يك درصد توليد جهاني مواد ديرگداز ، رتبه اول را در ميان كشورهاي خاورميانه به خود اختصاص داده است و پس از ايران مصر و عربستان در رتبه هاي بعدي منطقه مي باشند مصرف مواد ديرگداز درجهان داراي يك روند نزولي مي باشد كه اين كاهش مصرف در كشورهاي صنعتي سرعت كمتري نسبت به كشورهاي در حال توسعه دارد . عوامل مؤثر بركاهش مصرف مواد نسوز را بشرح زير مي توان نام برد .
- استفاده هر چه بيشتر از فنون تعميرات موضعي در جداره كوره و پاتيل ها مانند روشهاي تعمير با كاربرد جرمهاي پاشيدني
- كاربرد هر چه بيشتر مواد اوليه بازيابي شده از مواد ديرگداز مستعمل براي توليد محصولات جديد .
- تغيير طراحي دستگاهها و راكتورها و تغييرات در تكنولوژي و فرآيندهاي فولادسازي براي كاهش هزينه ها
- جايگزيني محصولات ديرگداز سنتي با محصولات پر كيفيت مانند كامپوزيتها و سراميكهاي غير اكسيدي
- استفاده روز افزون از مواد نسوز بي شكل به جاي محصولات شكل داده
مانند آجرها
- توليد روز افزون محصولات تخصصي براي مصارف خاص و جايگزيني محصولات عمومي
مصرف مواد ديرگداز در صنايع فولادسازي در كشورها و كارخانجات مختلف بستگي به فرآيند توليد فولاد متفاوت مي باشد و بطور ميانگين در سالهاي اخير براي توليد يك تن فولاد حدود 15 كيلوگرم نسوز مصرف مي شود كه اين مقدار در كشورهاي در حال توسعه مانند هند 11 كيلوگرم در آمريكا حدود 8 كيلوگرم مي باشد در كشورهاي روسيه و چين كه از فرآيندهاي سنتي در توليد فولاد استفاده مي گردد اين مقدار بالاتر است در كارخانجات فولادسازي ايران نيز مصرف مواد دير گداز با ميانگين جهاني فاصله چنداني ندارد به عنوان نمونه مصرف مواد ديرگداز در مجتمع فولاد مباركه از 71/20 كيلوگرم در سال 1380 به 67/15 كيلوگرم در سال 1382 كاهش يافته است سهم واردات درمصرف مواد ديرگداز در ايران طي سال 1381 مقدار 5/5 درصد ، شركت فرآورده هاي نسوز آذر 38 درصد ، نسوز ايران 7/18 درصد ، نسوز پارس 12 درصد ، نسوز تبريز
1/8 درصد ، ديرگداز ايران 7/6 درصد و ساير توليد كنندگان 11 درصد بوده اند .
براساس اطلاعات موجود 65 درصد مواد ديرگداز در ايران در صنايع فولادسازي
8 درصد در صنايع سيمان ، 7 درصد در صنايع پتروشيمي ، 6 درصد در صنايع
غير آهني ، 5 درصد در صنايع سراميك و 10 درصد در ساير صنايع مصرف مي شوند با احتساب ميانگين جهاني در مصرف ديرگداز در برنامه توليد 20 ميليون تن فولاد نياز به 300 هزار تن مواد ديرگداز مي باشد و اگر ساير صنايع نيز مطابق رشد فولاد افزايش ظرفيت داشته باشند درسال 2009 كشور نياز به 500 هزار تن مواد ديرگداز
خواهد داشت .
نتيجه گيري :
مصرف مواد ديرگداز در صنايع فولادسازي از لحاظ وزني كاهش يافته كه به علت پيشرفت هاي كيفي در توليد مواد ديرگداز و تغييرات تكنولوژي در توليد فولاد مي باشد در ايران با توجه به ظرفيت هاي موجود در توليد مواد ديرگداز و معادن منيزيت ، كروميت و دولوميت و منايع انرژي ارزان توان به القوه در توليد مواد ديرگداز براساس نياز صنايع مختلف وجود دارد و با توجه به وجود بازار مصرف در كشورهاي منطقه لزوم دستيابي به بازارهاي صادرات را مي طلبد .

مواد خام مصرفي در فرآيندهاي فولادسازي
مقدمه :
افزايش قيمت جهاني فولاد ناشي از افزايش قيمت مواد خام و هزينه حمل و نقل مي باشد كه نتيجتاً باعث افزايش قيمت محصولات فولادي و نه تنها برافزايش قيمت ساختمان بلكه برروي قيمت خودرو و لوازم خانگي نيز مؤثر خواهد بود . قيمت فولاد طي سه ماه اول سال 2004 حـدود 23 پوند برتن افزايش يافته و پيش بيني مي شود در سه ماهه دوم سـال 30 پـوند و همچنـان به طور مشابه درفصول سوم و چهارم افزايش و بطور ميانگين طي سال 2004 قيمت محصولات فولادي 30 درصد افـزايش داشته باشد ( حدود 120 پوند برتن )
افزايش قيمت مواد خام مصرفي در صنايع فولادسازي باعث عدم توازن در عرضه و تقاضا مواد خام صنايع فولادسازي خواهد گرديد .

مواد مصرفي در فولادسازي :
نوع مواد خام مصرفي در صنايع فولادسازي ارتباط مستقيم به روشها و فرآيندهاي فولادسازي دارد در تمام روش ها فولاد مذاب با استفاده از شارژ فلزي و مواد آهن دارتوليد مي گردد ، نظر به اينكه سنگ آهن در طبيعت به صورت اكسيدهاي پايدار موجود است تبديل آن به Fe لزوم واكنشهاي احياء برروي سنگ آهن مي باشد . عامل احياء وانرژي زا در واكنشهاي احياء بستگي به نوع روش ، كك يا گاز طبيعي مي باشد براي توليد فولاد در كشورهاي مختلف براساس موجودي و فراواني ذغال سنگ ومنابع گاز طبيعي و نوع سنگ آهن از روشهاي احياء مستقيم يا غير مستقيم استفاده مي گردد .
در واحدهاي سنتي يا روش كوره بلند – كنورتور توليد چدن مذاب در كوره بلند با استفاده از سنگ آهن همراه با كمك ذوبها انجام مي شود و از كك توليدي در واحد كك سازي كه از ذغال سنگ بدست مي آيد به عنوان عامل احياء و انرژي زا استفاده مي گردد . چدن مذاب همراه با قراضه در كنورتور به فولاد مذاب و نهايتاً پس از ريخته گري در كارگاههاي نورد به محصولات فولادي تبديل مي شود . در روش احياء مستقيم توليد آهن اسفنجي با مصرف
سنگ آهن ( گندله ) و از گاز طبيعي به عنوان عامل احياء استفاده مي گردد . آهن اسفنجي توليدي همراه با قراضه در كوره قوس الكتريك با بكار گيري انرژي الكتريكي به فولاد مذاب تبديل مي گردد .
در صورت وجود منابع قراضه مصرف آنرا را در كوره هاي قوس الكتريك تا 100 درصد مي توان افزايش داد كه مبناي فرآيند فولادسازي در كارخانجات كوچك فولادسازي يا ميني ميل ها است .


مقايسه فرآيندهاي فولادسازي در كشورهاي جهان

طي سال 2002 در جهان 605/849 ميليون تن فولاد توليد گرديده كه از اين مقدار
5/59 درصد آن به روش كوره بلند – كنورتور و حدود 8/33 درصد به روش كوره قوس الكتريك و 7/6 درصد به ساير روشها توليد گرديد .

توليد فولاد در سال 2002 در كشورهاي مختلف براساس روشهاي فولادسازي


… در اين كشورها مابقي فولاد توليدي به ساير روشها توليد مي شود .

در كشورهاي اروپائي درصد كاربرد روشهاي فولادسازي در حد ميانگين جهاني مي باشد . اما در كشورهاي شوروي سابق همچنان 30 درصد فولاد به روش قديمي كوره هاي باز توليد مي گردد و تنها 12 درصد توليد فولاد به روش كوره الكتريكي است . در كشورهاي
خاور ميانه 6/82 درصد فولاد به روش كوره قوس الكتريك و 4/17 درصد فولاد توليدي به روش كنورتور بود . كه تنها توليد كننده فولاد به روش كنورتور در خاورميانه ايران است در ايران 4/70 درصد توليد فولاد به روش كوره قوس الكتريكي و 6/29 درصد به روش كنورتور توليد گرديده . در كشورهاي آسيائي 66درصد فولاد به روش كنورتور و 28 درصد به روش قوس الكتريك و1/6 درصد به ساير روشها توليد مي گردد كشورهاي چين و ژاپن با توليد با 33 درصد توليد 72 درصد از فرآيند كنوتور وبه ترتيب16 و 27 درصد از فرآيند كوره الكتريكي استفاده نمايند .
توسعه فرآيندهاي فولادسازي در 10 سال گذشته :
با بررسي آمار مربوط به توليد فولاد با فرآيندهاي مختلف طي 10 سال گذشته در كشورهاي جهان مي توان ارزيابي از مصرف موادخام و پيش بيني آينده به عمل آورد در كل جهان در سال 1992 حدود 415 ميليون تن فولاد به روش كنورتور توليد گرديده كه اين رقم درسال 2002 به 540 ميليون افزايش يافته است . افزايش توليد فولاد به روش كنورتور طي 10 سال گذشته 125 ميليون تن بوده كه 90 ميليون تن اين افزايش توليد مربوط به كشور چين و پس از آن روسيه با 14 ميليون تن افزايش ، ژاپن 10 ميليون تن ، هند 6 ميليون تن ، اكراين 5/3 ميليون تن و تركيه 2 ميليون تن بوده است .
توليد فولاد به روش قوس الكتريك در سال 1993 حدود 225 ميليون تن بوده كه در سال 2002 با 80 ميليون تن افزايش به 306 ميليون تن رسيده است افزايش توليد فولاد به روش قوس الكتريك درآمريكا 12 ميليون تن پس از آن كره با 10 ميليون تن ، چين با 9 ميليون تن ، آلمان و اسپانيا هر كدام 5 ميليون تن تركيه 4 ميليون تن ايران و هند هر كدام 5/3 و ميليون تن افزايش توليد و كشورهاي انگلستان و ژاپن با كاهش توليد به روش كوره قوس الكتريك
همراه بوده اند .

نتيجه گيري :
مصرف مواد خام در صنايع فولاد سازي بستگي به روش و فرآيندهاي فولادسازي دارد و از كك و گاز طبيعي به عنوان عامل احياء و انرژي زا استفاده مي گردد توسعه فولادسازي به روش كوره بلند – كنورتور باعث افزايش مصرف كك و ذغال سنگ مي گردد براساس اطلاعات و آمار طي 10 سال گذشته افزايش توليد فولاد به روش كوره بلند – كنورتور حدود 125 ميليون تن بوده كه بيشترين افزايش مربوط به كشورهاي چين ، روسيه بوده است در كشورهاي اروپائي و آمريكا تمايل به توسعه فولادسازي به روش كوره قوس الكتريك مي باشد. به دليل افزايش توليد فولاد به روش كنورتور طي 10 سال گذشته تقاضا براي مصرف كك و ذغال سنگ افزايش يافته است و لازم است تصميم گيري براي توسعه صنايع فولادسازي در ايران به صورت كارشناسي و با توجه به منابع و معادن موجود و برمبناي پيش بيني
ظرفيت ها و روش هاي فولادسازي درجهان انجام شود .