توليد آهن به روش اسفنجي

مقدمه
از بين روشهاي صنعتي احياي مستقيم كانه هاي آهن كه از گاز طبيعي استفاده مي كنند ، توليد اهن اسفنجي به روش ميدركس توسعه چشم گيري داشته است . باردهي مداوم آهن اسفنجي به صورت سرد يكي از روش ميدركس مي باشد . واحدهاي متعددي به اين روش در دهه اخير در كشورهاي مختلف تاسيس و شروع به كار كرده اند .
ابداع روش ميدركس به وسيله D .Beggs w .t .marton و تحقيقات لازم براي توسعه آن از سال 1965 ميلادي درشركت  ميدلند- روس انجام گرفت . در سال 1976 ميلادي يك واحد احياي مستقيم آزمايشي با توليدي برابر 5/1 تن آهن اسفنجي در ساعت در توله دو واقع در اوهيو و سپس واحد ديگري به ظرفيت ساليانه 150هزار تن در پرتلند ، آمريكا تاسيس شد كه در سال 1969 ميلادي شروع به توليد كرد . متعاقباً ، واحدهاي ديگري در چرجتاون آمريكا و در كارخانه فولادسازي هامبورگ، تاسيس شدند كه در سال 1971 ميلادي راه افتادند . واحد بعدي سيدبك رد كانادا بود كه در سال 1973 ميلادي راه اندازي شد . در ژانويه 1974 ميلادي ، اجازه ساخت كارخانه هاي توليد آهن اسفنجي به روش ميدركس به گروهفولاد كورف واگذار شد.
در كشورهاي پيشرفته صنعتي مانند آمريكا و آلمان فدرال، كانادا ، اتحاد جماهير شوروي و نيز كشورهايي كه داراي منابع غني گاز طبيعي هستند ، در دهه گذشته از توليد آهن اسفنجي به روش ميدركس استقبال كرده اند .
مضافاً به اينكه ابعاد و ظرفيت توليد آهن اسفنجي كوره هاي احيا در واحدهاي ميدركس گسترش چشمگيري يافته است و مثلاً قطر كوره  احيا در مدول 200 ، 6/3 متر ، قطر كوره احيا در مدول 400 ، 88/4 متر ، ظرفيت روزانه نسل اول آن مدول 1000 و ظرفيت روزانه نسل دوم آن 1250 تنبودهاست اما قطر كوره احيا در مدول 400 به 5/5 متر و ظرفيت روزانه آن به حدود 1700 تن اهن اسفنجي افزايش يافته است . به عقيده سازندگان واحدهاي ميدركس  گسترش ظرفيت كوره هاي احيا به دلايل اقتصادي ممكن مي باشد . گرچه در اين زمين دلايل كافي در دست نيست ولي اين امر طبيعي به نظرمي رشد .
در اغلب روشهاي صنعتي توليد آهن اسفنجي به روش ميدركس ، گاز طبيعي به عنوان عامل احيا كننده و گرما زا مصرف مي شود . يك واحد ميدركس از دو قسمت اصلي تشكيل مي شود :
قسمت اول ، تجهيزات لازم براي تبديل گاز طبيعي به گاز احيا كننده .
قسمت دوم ،تجهيزات لازم براي احياي كسيدهاي آهن توسط گاز احيا كننده .
 توليد آهن اسفنجي  گاز احيا كننده به روش ميدركس مداوم است . درزير باختصار تجهيزات واحدهاي ميدركس تشريح مي شود .
ذكر اين نكته ضروري است كه چون تجهيزات واحدهاي مختلف و نيز ويژگي احيا به اين روش در دهه گذشته تغييرات زيادي داشته لذا خصوصيات ارائه شده در زير مربوط به واحدهايي است كه ويژگي آنها در منابع منتشر شده و براي كليه واحدهاي ميدركس عموميت ندارد .
تجهيزات انتقال بار به كوره احيا و تخليه آهن اسفنجي از كوره به روش ميدركس
در سيستم ميدركس ، بار گندله يا سنگ آهن خرد شده پيش از ورود به سيلوهاي روزانه سرند مي شوند. دانه بندي بار براي كوره از اين قرار است :
بار درشتر از 50 ميليمتر
بار بيشتر از 6تا50 ميليمتر
بار بين 3 تا 6 نيليمتر
و بار زير 3 ميليمتر
بار با دانه بندي 6 تا 50 ميليمتر و 3 تا 6 ميليمتر به نسبت معيني در كوره احيا تغذيه مي شود . براي دانه بندي گندله و يا سنگ آهن خرده شده و به روش ميدركس تجهيزاتي پيش بيني شده است . همچنين آهن اسفنجي توليد شده در كوره احيا پيش از ورود به سيلوها و مصرف مستقيم سرند مي شوند و نرمه آن در برخي از واحدها به خشته تبديل شده و در برخي مستقيماً در كوره هاي قوس الكتريكي به مصرف       مي رسد . طرح برخي از تجهيزات انتقال گندله و سنگ آهن خرد شده به كوره و نيز آهن اسفنجي به صورت گندله و يا كلوخه در مي آيد .
در يك ميدركس بار به وسيله نوار نقاله از سيلوهاي روزانه به مخزن تغذيه قيف مانندي كه در بالاي كوره قرار گفته ،تخليه ميگردد . اين مخزن در واحدهاي ميدركس مستقر در مجتمع فولاد اهواز 75 متر مكعب گنجايش دارد . هنگامي كه نوار نقاله كار نمي كند ، گندله اين مخزن به عنوان ذخيره مورد استفاده قرار مي گيرند .ضمناً گندله مي تواند توسط يك اسكيپ بالا برنده (به جاي نوار نقاله ) در اين مخزن تخليه گردد .
سطح مواد در مخزن بالاي كوره از طريق ميله اي راديو اكتيو تعيين مي گردد. اين ميله از طرفي با سطح بار و از طرف ديگر با سيستم كنترل در تماس مي باشد و سطح بار به طور اتوماتيك اندازه گيري مي گردد . در صورتي كه گندله در اين مخزن در چهار سطح زير باشد . سيستم كنترل علائم هشدار دهنده ذيل را مخابره مي كند :
1-بالاترين سطح بار:         اخطار داده مي شود
2-پر                   :      دستور توقف نوار نقاله تغذيه كننده بار به مخزن صادر
                                مي گردد.
3-خالي               :    دستور كارنوار نقاله تغذيه كننده باربه مخزن صادر ميشود .
4-پايين ترين سطح:   تخليه كوره متوقف و اخطار لازم داده مي شود .
مخزن بالاي كوره توسط لوله نسبتاً طويلي به قسمت توزيع كننده بار (آپولو) ارتباط دارد. چون مخزن تغذيه بار در بالاي موره روباز است ، لذا براي جلوگيري از داخل كوره جريان دارد و فشارآن به طور اتوماتيك كنترل مي گردد . به اين وسيله از نشت گاز احيا كننده كوره به خارج جلوگيري به عمل مي آيد . گاز خنثي نيز به علت طويل بودن لوله هاي رابط بين مخزن تغذيه بار و 12 لوله توزيع كننده بار در كوره به خارج كوره نفوذ نمي كند . مضافاً به اينكه زير مخزن تجهيزاتي براي آب بندي گاز پيش بيني شده است كه از اين قرار مي باشند :
1-    دريچه كشوئي هيدروليكي كه در هنگام خالي شدن مخزن به طور اتوماتيك بسته مي شود و از خروج گاز به خارج جلوگيري به عمل     مي آورد .
2-    فلانچها كه براي جلوگيري از خروج گاز نصب شده و در مواقع اضطراري آنها به وسيله بازوي هيدروليكي از هم باز و يك صفحه به وسيله دست بين آنها قرار داده مي شود .