۱- تولید آهن

گندله سازی

در تولید آهن با کوره بلند،سنگ معدن آهن با حذف اکسیژن از آن، احیا شده ودر نتیجه آهن مذاب بدست می آید .

گندله سازی معمول ترین روش آماده سازی سنگ معدن برای کوره های بلند است.فرایندهای اگلومریزاسیون[1] از قبیل گندله سازی،ذرات زمخت را به اندازه های مناسب برای ورود به کوره ی بلند تبدیل می کند . در گندله سازی،یک گندله خام از کنستانتره سنگ معدن آهن که با ترکیبات پیونددهنده های مخلوط شده ،تشکیل شده است. گندله های خام سپس با عملیات گرمایشی در یک کوره ی اکسید کننده سخت می شوند . بخش های اصلی گندله سازی،شبکه ی فلزی حمل ،کوره ی محوری،شبکه ی فلزی و شبکه ی مدور می باشد.

گندله سازی معمولا در محل معدن انجام می شود و سپس به واحد تولید فولاد حمل شده و به همراه کک، فلاکس و کلوخه به داخل کوره بلند شارژ می شود.

 کلوخه سازی

علاوه بر گندله سازی،فرآیند اگلومریزلسیون دیگر برای آماده سازی سنگ آهن جهت شارژ به کوره بلند،کلوخه سازی می باشد.کلوخه سازی،سنگ معدن با اندازه های ریز و طبیعی یا ذرات حاصل از عملیات غربال کردن ،سرباره های واحد نرم کننده ی آب،غبارهای کنترل آلودگی هوا و ... را به یک محصول اگلومره مثل کلینکر[2] تبدیل می کند.کلوخه سازی امکان بازیافت محصولات جانبی با مقدار آهن زیاد (پوسته های آهن حاصل از مرحله ی نورد)را فراهم می کند.

مواد خام که حدود 5 درصد آن سوخت آنتراسید و گاهی آب می باشد ،بر روی یک مسیر پیوسته ،که شبکه ی حمل کننده و ورودی واحد کلوخه سازی نامیده می شود،قرار می گیرد.در ابتدای مسیر ،آنتراسید موجود در مخلوط،توسط مشعل های گاز شعله ور می شود که موجب ذوب شدن سطح و اگلومره شدن بستر می گردد . در قسمت زیرین مجرای اولیه محفظه ی باد قرار دارد که گازهای احتراق را از میان مواد بستر به داخل لوله هدلیت کرده تا به سمت تجهیزات تمیزکننده ی گاز حرکت کنند.

 دمای بستر به 1300 تا 1800 درجه ی سانتیگراد می رسد که گرمای کافی برای کلوخه سازی ذرات ریز سنگ معدن آ هن جهت ورود به کلینکرهای متخلخل را فراهم می کند.

 کوره بلند چدن مذاب را برای رکوره های فولاد سازی فراهم می کند.در کوره بلند،چدن مذاب که در حدود 75 درصد مواد ورودی به کوره های فولادسازی را تشکیل می دهد،بدست می آید.چدن ،در حالت مایع ،فلز مذاب نامیده می شود .ترکیب شیمیایی چدن متغیر است اما به صورت نمونه ای شامل مواد زیر می باشد:

کربن :4 تا 5/4 درصد

سیلیکون:3/0 تا 5/1 درصد

منگنز :25/0 تا 2/2 درصد

فسفر  :04/0 تا 2/0 درصد

گوگرد (قبل از گوگرد زدایی): 03/0 تا 8/. درصد

آهن : بیش از 90 درصد

یک کوره بلند از نوع محوری از یک دودکش عمودی و یک آتشدان شبیه بوته ی آهنگری تشکیل شده است. سنگ معدن آهن ،کک،فلاکس(سنگ آهک و دولومیت[3]) و محصول زینتر[4] از بالای کوره بلند وارد شده ،هوای گرم شده نیز به اضافه ی سوخت پودری یا مایع و یا گازی شکل به داخل کوره تزریق می شود.

همانطوری که مواد شارژ شده در کوره فرود می آید ،گاز احیا (مونواکسید کربن)حاصل از سوختن کک به سمت بالا جریان می یابد و اکسید آهن را به آهن تبدیل می کند.کک همچنین یک ساختار محافظ برای حمایت از مواد ذوب نشده است.

سوختن کک ،گرمای کافی برای ذوب آهن را تامین می کند.نقش اصلی فلاکس مخلوط آن است که با ناخالصی هایی مثل خاکستر کک و کلوخه های موجود در سنگ معدن مخلوط شده و یک فاز سیالی شکل قابل خروج که سرباره نامیده می شود را ایجاد کند.گاز احیای واکنش نداده در بالای کوره جمع شده ،پس از پاک سازی به عنوان یک سوخت استفاده  می شود .فرآیند کوره بلند پیوسته است و به طور پیوسته آهن مذاب و سرباره تولید می کند. آهن وسرباره که در قسمت آتشدان کوره جمع شده ،در دوره های زمانی منظم از میان انشعاباتی که در بالای  آتشدان قرار دارد ،خارج می شوند .

آهن مذاب که دمایی بالای 2850فارنهایت دارد به کوره ی فولادسازی انتقال می یابد.آهن ممکن است قبل از شارژ به کوره فولادسازی برای حذف ترکیبات گوگرد آن ،گوگرد زدایی شود.

سرباره مذاب شناور بر سطح آهن مذاب جدا شده و پس از انجام عملیات مناسب بعنوان محصول جانبی به فروش می رسد .

هوای مورد نیاز کوره بلند در ریژنراتورها(توسط گاز خروجی از کوره بلند به دمای 2000 فارنهایت می رسد.)پیشگرم می شود. بدلیل آنکه گاز کوره بلند ارزش حرارتی بالایی ندارد ،چندین گرمکن برای هر کوره بلند مورد نیاز است و جهت رسیدن به دمای شعله ،با گاز طبیعی و گاز کوره کک غنی می شود.تولید یک تن آهن خالص تقریبا 5/1 تا 7/1 تن سنگ معدن آهن ،35/0 تا 55/0 تن کک،25/0 تن سنگ آهک یا دولومیت ،6/ 1 تا 2 تن هوا نیاز دارد.

۲- روشهای تهیه فولاد

از سه روش برای تهیه فولاد استفاده می‌شود:

۱- روش بسمه

در این روش ، ناخالصی‌های موجود در چدن مذاب را به کمک سوزاندن دراکسیژن کاهش داده ، آن را به فولاد تبدیل می‌کنند. پوشش جدار داخلی کوره بسمه از سیلیس یااکسید منیزیم و گنجایش آن در حدود 15 تن است. 

نحوه کار کوره به این ترتیب است که جریانی از هوا را به داخل چدن مذاب هدایت می‌کنند تا ناخالصی‌های کربن وگوگرد به‌صورت گازهای SO₂ و CO₂ از محیط خارج شود و ناخالصی‌های فسفر و سیلیس موجود درچدن مذاب در واکنش با اکسیژن موجود در هوا به‌صورت اکسیدهای غیر فرار P₄O₁₀ و SiO₂ جذب جدارهای داخلی کوره شوند و به ترکیبات زودگداز Mg₃(PO₄)₂ و MgSiO₃ تبدیل و سپس به‌صورت سرباره خارج شوند. سرعت عمل این روش زیاد است، به همین دلیل کنترل مقدار اکسیژن مورد نیاز برای حذف دلخواه ناخالصی‌های چدن غیرممکن است ودر نتیجه فولاد با کیفیت مطلوب و دلخواه را نمی‌توان به این روش بدست آورد.

۲- روش کوره باز (یا روش مارتن)

در این روش برای جدا کردن ناخالصی‌های موجود در چدن ، از اکسیژن موجود در زنگ آهن یا اکسید آهن به جای اکسیژن موجود در هوا درروش بسمه (به منظور سوزاندن ناخالصی‌هایی مانند کربن ، گوگرد و غیره) استفاده می‌شود. برای این منظور از کوره باز استفاده می‌شود که پوشش جدار داخلی آن از MgO و CaO تشکیل شده است و گنجایش آن نیز بین 50 تا 150 تن چدن مذاب است. حرارت لازم برای گرم کردن کوره از گازهای خروجی کوره و یا مواد نفتی تأمین می‌شود. برای تکمیل عمل اکسیداسیون ، هوای گرم نیز به چدن مذاب دمیده می‌شود. زمان عملکرد این کوره طولانی‌تر از روش بسمه است. از این نظر می‌توان با دقت بیشتری عمل حذف ناخالصی‌هارا کنترل کرد و در نتیجه محصول مرغوب‌تری بدست آورد.

 ۳-  روش الکتریکی

از این روش در تهیه فولادهای ویژه‌ای که برای مصارف علمی ‌وصنعتی بسیار دقیق لازم است، استفاده می‌شود که در کوره الکتریکی با الکترودهای گرافیت صورت می‌گیرد. از ویژگی‌های این روش این است که احتیاج به ماده سوختنی و اکسیژن ندارد ودما را می‌توان نسبت به دوروش قبلی ، بالاتر برد.این روش برای تصفیه مجدد فولادی که از روش بسمه و یاروش کوره باز بدست آمده است، به منظور تبدیل آن به محصول مرغوبتر ، بکار می‌رود. برای این کار مقدار محاسبه شده ای از زنگ آهن را به فولاد بدست آمده از روشهای دیگر، در کوره الکتریکی اضافه کرده و حرارت می‌دهند. در این روش ، برای جذب و حذف گوگرد موجود در فولاد مقدار محاسبه شده‌ای اکسید کلسیم و برای جذب اکسیژن محلول در فولاد مقدار محاسبه شده ای آلیاژ فروسیلیسیم )آلیاژ آهن و سیلیسیم) اضافه می‌کنند.

 ۳- فولادسازی

ناحيه فولادسازي شامل واحدهاي توليدي بشرح ذيل مي باشد :

واحد حمل مواد:

وظيفه واحد حمل مواد تخليه آماده سازي بارگيري ، ذخيره سازي و توزيع كليه مواد اوليه و افزودني فرآيند توليد فولاد در كوره هاي قوس الكتريكي و متالورژي ثانويه مطابق با مشخصات فني تعيين شده مي باشد .
اهم فعاليتهاي قسمت :
1. تحويل گيري و ذخيره سازي مواد
2. بارگيري مواد در سيلوها جهت مصرف در كوره قوس
3. انتقال و توزيع مواد جهت كوره هاي قوس ومتالورژي ثانويه
4. بازيافت ضايعات فولادي و آماده سازي آهن قراضه
5. كنترل قراردادهاي خريد مواد مستقيم

الف) تحويل و توزيع مواد ورودي توسط نوار نقاله از ناحيه آهن سازي
به منظور در دسترس بودن مواد و تضمين استمرار توليد آهن اسفنجي و افزودني ها همانند آهك ، دولوميت و.... توسط نوار نقاله از ناحيه آهن سازي به ناحيه فولادسازي منتقل و در سيلوهاي كوره قوس الكتريكي ذخيره مي گردند ، كه اين واحد وظيفه كنترل و زمانبندي عمليات شارژ توسط نوار نقاله ها و انجام عمليات اضطراري تجهيزات مربوطه را بعهده دارد .

ب ) توزيع مواد افزودني و مصرفي با سيستم هاي انبارداري
دريافت ، انبارداري و توزيع حدود 24 نوع مواد در تناژها ، شكل و اندازه هاي مختلف در نقاط مختلف واحد توليد فولاد نيز توسط اين واحد انجام گرفته وهمچنين در كنترل موجودي مواد مذكور همكاري لازم با قسمتهاي مربوطه نمايد .

ج )آهن قراضه
آهن قراضه آماده مصرف پس از تائيد كنترل كيفي _ ايمني فني از نظر مشخصات فني توسط تأمين كنندگان با كمپرسي به محل حوضچه هاي ناحيه اعزام و جهت ذخيره سازي در حوضچه های مربوطه تخليه مي گردد . سپس باتوجه به دستورالعملهاي مربوطه توسط جرثقيل در سبدهاي مخصوص بارگيري و توسط ماشين حمل به داخل كارگاه جهت شارژ به كوره هاي قوس الكتريكي انتقال داده مي شود .

د ) ضايعات
با هدف مصرف مجدد ضايعات فولادي ، ضايعات توليد شده در ناحيه با مكانيزمهاي پيش بيني شده به قسمت برش قراضه منتقل و پس از آماده سازي به حوضچه قراضه ها جهت مصرف ارسال مي گردند .

 کوره های قوس الکتریک:

اين واحد شامل 8 عد كوره قوس الكتريك با ظرفيت توليد 180 تن فولاد مذاب در هرمرحله توليد باتوان ترانسفورمر MW 90 مي باشد.      

در ابتدا قراضه بارگيري شده در سبد توسط جرثقيل هاي موجود در اين واحد به داخل كوره قوس تخليه و سپس سقف كوره بسته مي گردد و  عمليات ذوب شروع مي گردد . در اين مرحله به كمك قوس الكتريكي قراضه ها ذوب مي گردند به اين مرحلة علميات ( سوراخكاري ) مي گويند سپس شارژ آهن اسفنجي از سيلوهاي ذخيره كوره به داخل شروع مي شود .ميزان قراضه شارژ شده به كوره توسط سبد حدود 40 الي 50 تن مي باشد و ميزان آهن اسفنجي شارژ شده به داخل كوره حدود 170 تن براي هر ذوب مي باشد سرعت شارژ آهن اسفنجي از 500 تا 3200 كيلوگرم در دقيقه با توجه به شرايط ذوب متغير مي باشد . به اين مرحله ذوب مي گويند كه درآن  فعاليتهاي زير بصورت همزمان انجام مي شود :
1. دمش اكسيژن
2. دمش گرافيت
3. شارژ آهك و دولوميت جهت توليد سرباره پفكي
4. نمونه گيري و اندازه گيري دما