دسترسی سریع به محتوای این مطلب
کوره بلند به کوره عمودی گفته می‌شود که در کارخانه های ذوب فلز از سنگ معدنی برای استخراج فلز (به ویژه آهن) استفاده می شود. آهن یکی از فراوان ترین عنصر زمین است که از سنگ آهن به دست می آید. با تولید آهن خام می توان در اشکال متعددی از آن استفاده کرد. در برخی موارد بایستی آهن ذوب شود، برای این منظور از تکنولوژی یا سیستم های مخصوص از جمله کوره بلند استفاده می شود.
جداسازی آهن از معدن سنگ آهن توسط کوره، مهم ترین روش جداسازی است. کک و آگلومره نیز همراه با سنگ آهن درون کوره بلند ریخته می شود. در کوره کک با جریان دمشی هوا سوزانده شده و باعث ذوب کانی ها می شود. در این مقاله روش کار کوره، اجزا و بخش های آن و مزایا و معایب کوره بلند را بررسی خواهیم کرد.
کوره بلند کوره عمودی مورد استفاده در کارخانه های ذوب آهن به منظور احیا سنگ آهن و استخراج آن است که جزو قدیمی ترین روش احیا آهن بوده و دارای کاربردهای فراوانی است. چین یکی از اولین کشورهایی است که توسط این کوره به ذوب فلزات پرداخته است. اولین و بزرگترین کوره بلند در ایران مربوط به کارخانه ذوب آهن اصفهان، طراحی و تولید شده توسط شوروی سابق است. به علاوه، بعد ها شرکت پوسکو کره جنوبی اقدام به ساخت کوره های بلند دیگری در ظرفیت های کوچک تر و با فناوری جدید در ایران کرده است.
این کوره از دو مخروط ناقص که از قاعده بزرگ روی هم قرار گرفته اند، تشکیل می شود. جدار خارجی کوره ساخته شده از صفحات فولادی است و قسمت داخلی آن پوشیده شده از مواد نسوز است. جریان آب بین دیوارهای کوره نیز کوره را خنک خواهد کرد. کوره بلند در ارتفاع ۳۰ تا ۸۰ سانتی متری ساخته می شود و قطر آن بین ۱۰ تا ۱۴ متر است. قسمت زیرین کوره ها با نام بوته که استوانه ای بوده و محل جمع شدن مواد مذاب و سرباره است. دو محل خروجی برای بوته تعبیه شده، یکی برای خروج سرباره و دیگری برای خروج آهن خام مذاب است.
شیب تنوره در طراحی های مدرن کاهش یافته است، به علاوه با بزرگ شدن کوره ابعاد بوته ثابت مانده است. علت این طراحی استفاده کردن از سنگ آهن مرغوب و غلیظ است. قیمت ورق آهن یکی از فاکتورهای اصلی تاثیرگذار بر قیمت سنگ آهن مرغوب و ورق های آهن مرغوب است. وجود شیپورک های قسمت بالایی کوره بلند هوای گرم (با دمای حدودی ۸۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد) لازم را برای سوختن کک به درون کوره بلند دمش هدایت می‌کند.
کُک در کوره بلند نقش بسیار حیاتی دارد و به عنوان سوخت اصلی و عامل احیا کننده عمل می کند. با ورود هوای داغ به کوره، کک می سوزد و گرمای زیادی تولید می شود که برای ذوب سنگ آهن ضروری است. علاوه بر این، کک با اکسیژن واکنش داده و گاز کربن مونوکسید (CO) تولید می کند؛ این گاز، اکسید آهن را احیا کرده و آهن فلزی تولید می کند. به عبارت دیگر، کک هم انرژی لازم را فراهم کرده و هم آهن را از ترکیب اکسیدی جدا می سازد. در واقع کک از طریق واکنش با هوای ورودی دو وظیفه اصلی را بر عهده دارد:
به طور کلی از کوره ذوب فلز یا آهن برای ذوب فلزات استفاده می شود. در ادامه به بررسی کاربرد کوره بلند در صنایع می پردازیم. صنایع مختلفی وابسته به فرآیند ذوب آهن بوده و با توجه به قیمت ورق st52 در کارخانه های خود اقدام به ساخت آن کرده‌اند.
تولید فولاد یکی از مهم ترین کاربرد های کوره بلند است. روش کار به این صورت است که سنگ آهن توسط کوره های بلند ذوب شده و آهن مذاب تولید می شود. در ادامه این آهن مذاب در کوره آهن پردازش شده و با حذف ناخالصی ها به فولاد تبدیل می شود.
برای ساخت مصالح ساختمانی باید از کوره های بلند استفاده کرد. فولادی که توسط کوره های بلند تولید می شود، استحکام و دوام بالایی داشته و در شرایط مختلف محیطی مقاومت ساختاری ایده آلی دارد.
مواد اولیه لازم برای تولید قطعات که نیازمند استحکام و مقاومت در برابر سایش هستند توسط کوره های بلند تولید می شود. به همین دلیل کوره ها در صنایع تولید ماشین آلات نقش مهم بسیار مهمی دارند.
یکی دیگر از کاربرد این کوره ها ساخت مواد اولیه در صنایع کشتی سازی و مهندسی دریایی است. آهن و فولادی که توسط این کوره ها تولید می شوند، صفحات فولادی، لوله ها و سایر قطعات به کار رفته در این صنایع را می سازند.
از آهن و فولاد به دست آمده در کوره های بلند جهت ساخت نیروگاه ها، خطوط لوله، برج های انتقال، توربین های بادی و دیگر زیرساخت های تولید انرژی استفاده می شود. به همین دلیل می توان گفت این کوره ها در صنایع تولید نیرو نقش بسیار مهمی ایفا می کنند و نبود آن ها موجب اختلال در این صنایع می شود.
فرآیند تولید فولاد در کوره بلند با شارژ مواد اولیه شامل سنگ آهن، کک و سنگ آهک آغاز می شود. این مواد از قسمت بالای کوره وارد می شوند، در حالی که هوای داغ از پایین به داخل دمیده می شود. کک در اثر سوختن، گرمای زیادی تولید می کند و در عین حال گاز کربن مونوکسید حاصل از آن، اکسید آهن موجود در سنگ آهن را احیا کرده و به آهن فلزی تبدیل می کند. این آهن در دمای بالا به حالت مذاب درمی آید و در پایین کوره جمع می شود.
همزمان، سنگ آهک تجزیه شده و با ناخالصی هایی مانند سیلیس واکنش می دهد و سرباره ای سبک و روان تشکیل می‌دهد که روی آهن مذاب شناور می ماند. در پایان، آهن خام (چدن مذاب) از قسمت پایین کوره تخلیه می شود. این چدن برای تبدیل به فولاد، معمولاً وارد مرحله بعدی در کوره های دیگر مانند کوره کنورتور یا قوس الکتریکی می شود، جایی که میزان کربن و سایر عناصر آن تنظیم شده و فولاد نهایی تولید می گردد.
آهن خام، محصول تولید شده از کوره بلند است این آهن حاوی ۳ الی ۴ درصد کربن بوده و دارای نقطه ذوب ۱۳۰۰ درجه سانتی گراد است. جهت تولید دو مدل آهن، درجه حرارت کوره و اندازه منگنز و سیلیسیم تنظیم می شود. این دو مدل شامل آهن خام سفید و آهن خام خاکستری با ویژگی های مختص خود هستند. قیمت ورق کرکره با توجه به محصول تولید شده و کیفیت نهایی آن تعیین می شود.
مواد اولیه که برای فرآیند ذوب آهن مورد استفاده قرار می‌گیرد شامل موارد زیر است:
| ماده اولیه | نقش در فرآیند کوره بلند | توضیح تکمیلی |
|---|---|---|
| سنگ آهن | منبع اصلی آهن | معمولاً به‌صورت تکه‌سنگ یا گندله استفاده می شود؛ شامل هماتیت یا مگنتیت است. |
| کک متالورژیکی | سوخت و عامل کاهنده | در دمای بالا، با اکسیژن واکنش داده و گاز CO تولید می‌کند که اکسید آهن را احیا می کند. |
| سنگ آهک (CaCO₃) | گدازآور برای حذف ناخالصی‌ها | در دما تجزیه می شود (CaO + CO₂)؛ CaO با ناخالصی ها واکنش می دهد و سرباره می سازد. |
| منگنزدارها | اصلاح ترکیب شیمیایی و حذف ناخالصی‌هایی مثل گوگرد | منگنز می تواند با گوگرد ترکیب شده و از آهن مذاب حذف شود. |
| هوا (اکسیژن‌دار) | تأمین اکسیژن برای احتراق کک | از طریق لوله های دمنده (Tuyeres) وارد کوره شده و باعث بالا رفتن دما می شود. |
| آب یا گاز خنک‌کننده | حفظ دمای مناسب و جلوگیری از آسیب به کوره | به صورت مستقیم وارد نمی شود، ولی در سیستم های خنک کننده بدنه کوره کاربرد دارد. |
| سرباره (محصول فرعی) | جمع آوری ناخالصی ها به صورت مذاب سبک | روی سطح آهن مذاب می ایستد و به راحتی از آن جدا می شود. |
با ترکیب این مواد در کوره و با اعمال شرایط دمایی مناسب توسط پره های گرما، آهن مذاب به دست می آید. در ادامه آهن مذاب به کوره های تصفیه کننده انتقال داده شده تا ذرات اضافی و آلیاژ‌های مختلف از آن جدا شود.
همچون دیگر روش های تولید آهن خام مزایا و معایبی دارد که به آن می پردازیم:
مزایا:
معایب:
امروزه در ایران کارخانه های متعددی دارای این کوره هستند که شامل کارخانه های زیر است:
| نام کارخانه | موقعیت جغرافیایی | ظرفیت یا ویژگی کوره بلند | توضیحات تکمیلی |
|---|---|---|---|
| ذوب‌آهن اصفهان (ESCO) | استان اصفهان، نزدیکی زرین‌شهر | دارای ۳ کوره بلند (دو کوره ۲۰۰۰ م³ و یک کوره ۱۰۳۳ م³) | قدیمی‌ترین و بزرگترین تولیدکننده چدن در ایران |
| فولاد زرند ایرانیان | استان کرمان | کوره بلند فعال با فناوری مدرن | زیرمجموعه گروه میدکو؛ تمرکز بر تولید فولاد خام |
| فولاد میبد | استان یزد | ظرفیت تولید ۱.۴ میلیون تن در سال | استفاده از فناوری کوره بلند در کنار دیگر روش‌های تولید |
عوامل متعددی بر ظرفیت کوره اثر می گذارند. از جمله این عوامل قطر و ارتفاع کوره است. با تغییر حجم سوخت کوره نیز ظرفیت آن را می توان تغییر داد. به این ترتیب سوخت کوره افزایش یا کاهش یابد ظرفیت آن نیز بالا یا پایین می شود. با کمتر شدن حجم سوخت کوره ظرفیت کوره افزایش پیدا می کند و سوخت نیز بیشتر می شود، فضا برای مواد اولیه کمتر شده در نتیجه ظرفیت کوره نیز کاهش می یابد.
جمع بندی
در این مقاله به بررسی کوره بلند، کاربرد، مزایا و معایب آن و روند تولید آهن خام پرداختیم. همانطور که اشاره کردیم در ایران این کوره برای اولین بار در کارخانه ذوب آهن اصفهان شروع به کار کرد. این روش سنتی در تولید آهن و فولاد با وجود مزایا و معایب همچنان مورد استفاده قرار می گیرد. محصولات به دست آمده از کوره، آهن خام مذاب، سرباره مذاب و گازهای خروجی کوره هستند.
سوالات متداول
کوره های عمودی بلندی هستند که در کارخانه های ذوب فلز از برای ذوب و استخراج فلز (به ویژه آهن) استفاده می شود.
این کوره ها اغلب برای ذوب فلزات و آهن استفاده می شوند.
کارخانه ذوب آهن اصفهان، مجتمع فولاد زرند ایرانیان و فولاد میبد.
مرکزآهن، مرجعی تخصصی و به روز برای کسب دانش و اطلاع از آخرین تحولات بازار آهن و فولاد است. با وبلاگ جامع ما، همیشه از آخرین اخبار و اطلاعات این صنعت آگاه باشید.