03 تیر 1394 منتشرشده در مقالات نوشته شده توسط 

تکنولوژی الکترودهای توخالی در تولید فروآلیاژ

این مورد را ارزیابی کنید
(0 رای‌ها)

اصولا روش شارژ مواد اولیه به داخل کوره قوس الکتریک اینطور است که مواد اولیه بطور مستقیم داخل کوره ریخته می­شود. این روش به این دلیل که مواد اولیه سرد شارژ می­شود و درب کوره در طول شارژ باز می­شود می­تواند علاوه بر کاهش بازدهی فرآیند، مشکلات زیست محیطی را در پی داشته باشد. اگر تدبیری اندیشه شود که اصلا در طول فرآیند درب کوره باز نشود، علاوه بر افزایش راندمان و کاهش مشکلات زیست محیطی، امکان تبدیل شدن واحد تولیدی به واحد نمونه کشوری و حتی بین المللی وجود دارد.

ایده جدید

الکترودهای کوره طوری طراحی شوند که امکان شارژ مواد اولیه از داخل آنها به کوره فراهم شود. یعنی اگر الکترودها بصورت استوانه­ای طراحی شوند از فضای داخلی این استوانه مواد اولیه به داخل کوره شارژ شوند. استفاده از الکترود تو خالی (hollow electrode) برای اولین بار در پتنت Silicon metal production (US 3215522 A) و در 1965 مطرح و در شرکت  ELKEM METALS COMPANY به ثبت رسید و به عنوان صاحب این تکنولوژی شناخته ­شد. در ادامه شرکت SMS SIEMAG به عنوان سازنده و صادر کننده این تکنولوژی در جهان معرفی شد و برای شرکتهای مختلفی این سیستم را پیاده سازی کرده است. در مقاله NEW TRENDS IN SUBMERGED ARC FURNACE TECHNOLOGY ذکر شده که استفاده از این سیستم جهت شارژ مواد اولیه به درون کوره جهت تولید فروکروم بسیار رایج است و در سال 1993 استفاده از آن بطور موفقیت آمیز به اثبات رسید. این سیستم حتی در تولید فلزات گروه پلاتین در آفریقای جنوبی مورد استفاده قرار گرفته است[1]و[2]. این کار دارای مزایای زیر است:

  • عدم نیاز به باز شدن درب کوره جهت شارژ مواد اولیه
  • کاهش مشکلات محیط زیستی
  • افزایش راندمان کوره
  • پیش گرم شدن مواد اولیه قبل از شارژ به کوره
  • همگن سازی مواد اولیه قبل از شارژ به کوره و افزایش کیفیت محصول تولیدی
  • وجود مکنده در بالای کوره جهت خروج گازهای کوره و نتیجتا افزایش امکان استفاده از سیستم بازیابی انرژی
  • افزایش مقاومت الکتریکی بین مواد اولیه و الکترود با اضافه کردن گاز نیتروژن به کوره از طریق الکترود
  • راه اندازی خط تولید الکترود، عدم نیاز به ورود الکترود از خارج، ایجاد اشتغال برای جوانان و افزایش ارزآوری ملی

شمایی از این سیستم در زیر آورده شده است.

10- electric furnace

11- hollow electrode

12- silica and carbonaceous reducing agent is packed around the hollow electrode

13-  feeds particles

14- reactants charge from the top of the hollow electrode

15- pressure storage tank or cylinder is connected to gas inlet means

16- The particles are stored in a pressure-tight hopper

17- screw conveyor

18- Open hopper means

 

از دیگر مزایای این روش می­توان به موارد زیر اشاره کرد: 

  • در این روش کوره هرگز دم نخواهد کرد (پدیده bridge اتفاق نخواهد افتاد) چراکه گازی که در حال شارژ کردن مواد اولیه به داخل کوره است می تواند مونوکسید کربن را خارج کند و نتیجتا علاوه بر حل مشکل دم کردن کوره که بسیار خطرناک است، افزایش راندمان را خواهیم داشت.
  • یکی دیگر از مزایای این روش این است که چون الکترود از داخل با مواد شارژی در تماس است، دمای الکترود مقداری کاهش یافته و نتیجتا مصرف الکترود کمتر می شود. همچنین الکترود می تواند در عمق بیشتری از کوره نفوذ کند و نتیجتا امکان احیای مواد انتهایی کوره افزایش یافته و بنابراین علاوه بر افزایش بازدهی فرآیند، کیفیت محصول تولیدی بیشتر میشود.
  • وقتی درب کوره برای شارژ مواد اولیه باز شود، مقدار زیادی انرژی از طریق تابش از کوره تلف می­شود که در این روش نیازی به باز کردن درب کوره نیست.
  • یکی از مهمترین قسمت­هایی که این سیستم نصب شده است کارخانه­ای در هند بوده که مشخصات کوره آن به شرح زیر است: کوره تولید فروکروم با توان 60 مگاوات و تولید 150 هزار تن در سال.

در مقاله­ای به نام HOLLOW ELECTRODES IN THE PRODUCTION OF FeSi75 که در سال 1995 چاپ شد به بررسی این سیستم در تولید فروسیلیس پرداخته است. در این پژوهش علاوه بر دمش مواد اولیه ریز از درون الکترود توخالی، از گاز نیتروژن نیز استفاده شد و باعث افزایش مقاومت الکتریکی بین الکترود و مواد شارژ شده به کوره شده و نتیجتا بازدهی افزایش و مصرف برق کاهش می­یابد.

نکات لازم جهت افزایش راندمان فرآیند در این روش

  1. طبق تحقیقات به عمل آمده بهتر است قطر داخلی الکترود باید حداقل از هشت برابر اندازه ذرات مواد اولیه بیشتر باشد.
  2. کربن الکترودها به شکل آمورف یا گرافیت باشند و خود الکترود از نوع prebaked یا self-baking باشد.
  3. جهت تولید سیلیکون متال شارژ مواد اولیه بهتر است ذرات ریز سیلیکا، کاربید سیلیکون و مواد احیایی ذکر شده باشد و کک در اطراف الکترود همیشه وجود داشته باشد. کاربید سیلیکون در دمای بالای کوره و در منطقه reaction zone به سیلیکون و کربن تجزیه می­شود و نتیجتا کربن به عنوان عامل احیایی در کنار سیلیکا وجود خواهد داشت.
  4. گاز ورودی می­تواند کربن مونوکسید باشد. قطر الکترود 24 اینچ و طول آن تقریبا 4 برابر قطر آن باشد.
  5. برای شروع به کار ابتدا در حالت batch سیستم شروع به کار می­کند و سپس 5/5 درصد از مواد اولیه از طریق الکترود شارژ می­شود. در حالت کلی تنها مواد واکنش دهنده (مثل عوامل احیا شونده یا احیا کننده) از مجرای الکترود به درون الکترود دمیده می­شوند و فلزات احیا شونده (مثل قراضه آهن) یا مواد سرباره­ساز نیازی به دمش از طریق مجرای الکترود نداشته و در ابتدا به کوره اضافه می­شوند.
  6. مصرف الکترود در این حالت 273 پوند به اضای تولید یک تن سیلیکون متال بوده و نسبت به حالت عادی 18 درصد کاهش مصرف داشته است.
  7. اندازه ذارت شارژ شده درون الکترود به ترتیب زیر است:
    1. عوامل احیا شونده (مثل ذرات سیلیکا) با اندازه مش 32 و کمتر از آن (6/0 میلی­متر و کمتر)
    2. عوامل احیا کننده کربنی (مثل ذرات کک پترولیوم با مقدار سولفور پایین) با اندازه مش 8 و کمتر از آن (3 میلی­متر و کمتر)

تولید محصولات

حالت اول:

چیپس چوب، کک پتروبیوم با مقدار سولفور پایین، کک با مقدار خاکستر کم و کوارتز

در این حالت مواد اولیه شارژ شده از الکترود سیلیکا و کک پترولیوم بوده که دارای آنالیز زیر است:

مصرف الکترود در این حالت 273 پوند به اضای تولید یک تن سیلیکون متال بوده و نسبت به حالت عادی 18 درصد کاهش مصرف داشته است. همچنین محصول تولیدی از این شارژ دارای خلوص بالایی از سیلیکون بوده و مقدار آهن نیز بسیار پایین است و برای قسمت اعظمی از کاربردها قابلیت استفاده دارد و آنالیز آن بصورت زیر است.

حالت دوم:

چیپس چوب، کک پتروبیوم با مقدار سولفور پایین، کک قیری (Nut Coal  یا bituminous coal) با مقدار خاکستر کم و کوارتز

در این حالت مواد اولیه شارژ شده از الکترود سیلیکا و سیلیکون کاربید بوده که دارای آنالیز زیر است:

همچنین محصول تولیدی از این شارژ دارای خلوص بالاتری نسبت به حالت قبل بوده و مقدار آهن نیز بسیار پایین است و برای قسمت اعظمی از کاربردها قابلیت استفاده دارد و آنالیز آن بصورت زیر است.

 

حالت سوم

از این روش می­توان برای تولید فروسیلیس نیز استفاده نمود که برای این کار تنها کافی است با توجه به مقادیر از پیش تعیین شده توسط روش معمولی تولید فروسیلیس، قراضه آهن و عامل احیایی به کوره اضافه نمود. در این حالت می­توان از کک پترولیوم با خلوص کمتر نیز استفاده نمود.

حالت چهارم

جهت تولید سیلیکومنگنز حاوی 12 تا 20 درصد سیلیکون، بیشتر از 2 درصد کربن و مقدار تعادلی از منگنز، شارژ ورودی به کوره باید مخلوطی از سنگ معدن منگنزدار، کوارتز، زغال یا کک و مواد سرباره ساز باشد. ماده سرباره ساز می­تواند دولومیت یا سرباره منگنز تشکیل شده از یک فرآیند کربن-فرومنگنز باشد که چون نیازی به انجام واکنش با مواد اولیه ندارند، پس نیازی نیست که از درون مجرای الکترود وارد کوره شوند. ماده­ای که می­تواند از طریق مجرای الکترود وارد کوره شود می­تواند ذرات سیلیکا و کک، سنگ معدنی منگنزدار و کک یا هر سه با هم باشند. مقدار کلی کوارتز، سنگ معدنی منگنز، ذرات سیلیکا و عامل احیایی کربن­دار مطابق دستور عمل روش معمولی فرآیند تولید سیلیکومنگنز است.

حالت پنجم

جهت تولید فرومنگنز-سیلیکون حاوی 28 تا 30 درصد سیلیکون، مقدار اندکی کربن و مقدار تعادلی از منگنز و آهن، شارژ ورودی به کوره باید مخلوطی از سنگ معدن منگنزدار، کوارتزیت، زغال یا کک و فرومنگنز یا قراضه آهن جهت تامین آهن باشد. سرباره می­تواند باشد یا نباشد. ماده­ای که می­تواند از طریق مجرای الکترود وارد کوره شود می­تواند ذرات سیلیکا و کک، سنگ معدنی منگنزدار و کک یا هر سه با هم باشند. مقدار کلی کوارتزیت، سنگ معدنی منگنز، ذرات سیلیکا و عامل احیایی کربن­دار و مواد دارای آهن مطابق دستور عمل روش معمولی یا بر اساس ترکیب خواسته شده باشد.

حالت ششم

جهت تولید فروکروم-سیلیکون حاوی 40 تا 50 درصد سیلیکون، حدود 40 درصد کروم، مقادیر جزئی از کربن و مقدار تعادلی از آهن، شارژ ورودی به کوره باید مخلوطی از سنگ معدن کروم­دار، کوارتزیت، زغال یا کک و مواد حاوی آهن مثل فروکروم یا قراضه آهن باشد. ماده­ای که می­تواند از طریق مجرای الکترود وارد کوره شود می­تواند ذرات سیلیکا و کک، سنگ معدنی کروم­دار و کک یا هر سه با هم باشند. مقدار کلی کوارتز، سنگ معدنی کروم، ذرات سیلیکا و عامل احیایی کربن­دار مطابق دستور عمل روش معمولی یا بر اساس ترکیب خواسته شده باشد.

حالت هفتم

جهت تولید فروکروم-سیلیکون تنها کافی است فروکروم با مقدار کربن بالا به کوارتز و زغال یا کک افزوده شود تا سیلیکون احیا شود و فروکروم-سیلیکون را تشکیل دهد. ماده­ای که می­تواند از طریق مجرای الکترود وارد کوره شود می­تواند ذرات سیلیکا و کک باشد.

حالت هشتم

جهت تولید کلسیم-سیلیکون حاوی 30 تا 33 درصد کلسیم، حدود 60 تا 65 درصد سیلیکون و مقادیر جزئی از آهن، شارژ ورودی به کوره باید مخلوطی از سنگ آهک (Lime)، کوارتزیت وکک باشد. ماده­ای که می­تواند از طریق مجرای الکترود وارد کوره شود می­تواند ذرات سنگ آهک، سیلیکا و کک به تنهایی یا با هم باشند. مقدار کلی مواد اولیه مطابق دستور عمل روش معمولی یا بر اساس ترکیب خواسته شده باشد.

حالت نهم

جهت تولید کلسیم-سیلیکون همچنین می­تواند شارژ ورودی به کوره مخلوطی از کاربید کلسیم، کوارتزیت وکک باشد. ماده­ای که می­تواند از طریق مجرای الکترود وارد کوره شود می­تواند ذرات کلسیم کاربید و سیلیکا و کک، سیلیکا و کلسیم کاربید یا هر سه با هم باشند.

حالت دهم

جهت تولید کلسیم-سیلیکون همچنین می­تواند شارژ ورودی به کوره مخلوطی از سنگ آهک، کاربید کلسیم وزغال باشد.

حالت یازدهم

جهت تولید زیرکونیم-فروسیلیکون حاوی 39 تا 43 درصد سیلیکون، حدود 12 تا 15 درصد زیرکونیوم، مقادیر جزئی از کربن و مقدار 40 تا 45 دردص آهن، شارژ ورودی به کوره باید مخلوطی از ذرات زیرکونیم بریکت­شده، کوارتزیت، زغال یا کک باشد. ممکن است مواد حاوی آهن نیز لازم باشد که اضافه شود. ماده­ای که می­تواند از طریق مجرای الکترود وارد کوره شود می­تواند ذرات زیرکن (Zircon)، سیلیکا و کک باشند. تولید محصولاتی با مقدار زیرکونیوم بالاتر نیز از این طریق امکان پذیر است.

حالت دوازدهم

جهت تولید کلسیم-منگنز-سیلیکون حاوی 35 تا 59 درصد سیلیکون، حدود 16 تا 20 درصد کلسیم و 14 تا 18 درصد منگنز شارژ ورودی به کوره می­تواند چهار حالت زیر را داشته باشد:

  • کانی منگنز
  • کانی منگنز و سرباره منگنز تشکیل شده از فرآیند فرومنگنز
  • کانی منگنز و سیلیکومنگنز
  • کانی منگنز و سرباره سیلیکومنگنز و منگنز

به اضافه:

  • سنگ آهک و کک و کوارتز
  • کلسیم کاربید، کوارتز و زغال
  • سنگ آهک، کاربید سلیس

 


[1] Application potential of DC smelter technology for the platinum industry in South Africa

[2] Application potential of SMS DC smelter  technology for the pyro metallurgical industry in  South Africa

بازدید 4643 بار
آخرین ویرایش در چهارشنبه, 03 تیر 1394 ساعت 11:55

ارتباط با ما

آدرس

ایران - تهران - دانشگاه علم و صنعت - دفتر مرکز پژوهش و فناوری علم و توسعه.

تلفن و فکس

77240664 - 021

021 - 77240667

ایمیل

این آدرس ایمیل توسط spambots حفاظت می شود. برای دیدن شما نیاز به جاوا اسکریپت دارید