Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Μεταλλουργία Σιδήρου – Χυτοσιδήρου Θεωρία και Τεχνολογία Μάθημα 8: Άμεση αναγωγή Κάμινοι Midrex - Hyl Δρ. Α. Ξενίδης Ε.Μ. Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Μεταλλουργία Σιδήρου – Χυτοσιδήρου Θεωρία και Τεχνολογία Μάθημα 8: Άμεση αναγωγή Κάμινοι Midrex - Hyl Δρ. Α. Ξενίδης Ε.Μ. Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Μεταλλουργία Σιδήρου – Χυτοσιδήρου Θεωρία και Τεχνολογία Μάθημα 8: Άμεση αναγωγή Κάμινοι Midrex - Hyl Δρ. Α. Ξενίδης Ε.Μ. Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων – Μεταλλουργών Εργ. Μεταλλουργίας

2 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδοι άμεσης αναγωγής  Ορισμός άμεσης αναγωγής  Χαρακτηριστικά γνωρίσματα  Χαμηλή θερμοκρασία αναγωγικών αντιδράσεων μικρότερη από το σημείο τήξης του μεταλλεύματος ( ο C).  Φρύξη αντί Τήξης μεταλλεύματος  Τα οξείδια Si, Mn, Cr, P κλπ. δεν ανάγονται, παραμένουν όμως ως στείρο υλικό  Λαμβάνεται μεταλλικός σίδηρος σε στερεή κατάσταση (DRI – Direct Reduced Iron)  σπογγώδης σίδηρος (sponge iron - πορώδες υλικό υψηλής καθαρότητας)  Απoφυγή ρευστoύ ενανθρακωμένoυ χυτoσιδήρoυ  Απoφυγή απανθράκωσης και κάθαρσης  Δυνατότητα χρησιμoπoίησης ακατάλληλων καυσίμων για υψικαμίνους  Χαμηλότερη παραγωγικότητα από την υψικάμινο  Αντoχή πυριμάχων  Κόστoς παραγωγής

3 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδοι άμεσης αναγωγής - Ιστορικό  Από τις αρχές του 19ου αιώνα υπήρχε ενδιαφέρον για παραγωγή σιδήρου σε στερεά κατάσταση γιατί  Ήθελαν να αποφύγουν τις υψηλές θερμοκρασίες (ήταν δύσκολη η επίτευξη θερμοκρασιών  1500 ο C  Υπήρχε ευελιξία στις διαθέσιμες πηγές αναγωγικών μέσων (π.χ. αέριων αναγωγικών μέσων)  Ήθελαν να περιορίσουν τις φθορές στα πυρότουβλα (κυρίως στη ζώνη τήξης).  Άμεση Αναγωγή  Μεγάλα τεχνικά – οικονομικά προβλήματα  Δεν μπορούσε να ανταγωνιστεί τις μεθόδους παραγωγής χυτοσιδήρου – μεταλλαγής σε χάλυβα  Από το 1860, η μέθοδος χαλυβοποίησης ήταν η μέθοδος εμφύσησης αέρα σε μεταλλάκτες (Μ/Τ) τύπου Bessemer και Thomas με όξινη και βασική πυρίμαχη επένδυση αντίστοιχα.  Μόνο το 6-8% του φορτίου μπορούσε να είναι scrap

4 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδοι άμεσης αναγωγής - Ιστορικό  Δημιουργία της καμίνου Siemens-Martin (S-M): Πολύ πιο ευέλικτη κάμινος στην κατανάλωση ρευστού μετάλλου και scrap (έως 100%)  Η μέθοδος S-M κυριάρχησε στο διάστημα  Σημασία σπογγώδη Fe στη χαλυβουργία  f(απόλυτο κόστος, σχετικό ως προς αυτό των scraps)  Χρησιμοποιούνταν (αυτή την περίοδο)  Μόνο για παραγωγή χάλυβα  Διαθέσιμες πρώτες ύλες  1950: Σταδιακή υποκατάσταση από τον μεταλλάκτη τύπου LD (Linz-Donawitz) που χρησιμοποιεί καθαρό O 2 αντί αέρα.  Τεχνικά οικονομικά καλύτερος  Η συμμετοχή του scrap είναι στο 25-28%

5 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδοι άμεσης αναγωγής - Ιστορικό  Ταυτόχρονα: ανακαλύφθηκε η Συνεχής Χύτευση Χάλυβα  Απόδοση: 95% (έναντι 80-87% σε καλούπια)  Τελικά: Ο συνδυασμός Υψικάμινος – Μεταλλάκτης LD – Συνεχής Χύτευση  δημιουργεί λιγότερο scrap (λιγότερο από περίπου 27% που απαιτείται για την βέλτιστη λειτουργία του Μεταλλάκτη LD)  Αντί για Scrap θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σπογγώδης σίδηρος

6 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδοι άμεσης αναγωγής - Ιστορικό  Παράλληλα αναπτύχθηκε και η μέθοδος της Ηλεκτρικής Καμίνου Τόξου  Τεχνικά και Οικονομικά συμφέρουσα για την παραγωγή χάλυβα  Το 1998, το 34% της παγκόσμιας παραγωγής χάλυβα ήταν από Η/Κ  Η δυνατότητα τους τήξης scrap και σπογγώδους σιδήρου έδωσε ώθηση στις μεθόδους άμεσης αναγωγής.

7 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδοι άμεσης αναγωγής - Ιστορικό  Παράλληλα αναπτύχθηκε και η μέθοδος της Ηλεκτρικής Καμίνου Τόξου  Τεχνικά και Οικονομικά συμφέρουσα για την παραγωγή χάλυβα  Το 1998, το 34% της παγκόσμιας παραγωγής χάλυβα ήταν από Η/Κ  Η δυνατότητα τους τήξης scrap και σπογγώδους σιδήρου έδωσε ώθηση στις μεθόδους άμεσης αναγωγής.

8 Μεταλλουργία Fe I Χρήσεις σπογγώδους σιδήρου  Στην χαλυβουργία κατά την παραγωγή χάλυβα στην Η/Κ τόξου  Το μεγαλύτερο ποσοστό σπογγώδους σιδήρου διατίθεται για την παραγωγή χάλυβα στην Η/Κ τόξου  Συνεχής τροφοδοσία σφαιριδίων (pellets)  Βελτίωση της ειδικής κατανάλωσης ενέργειας  Βελτίωση της ειδικής κατανάλωσης ηλεκτροδίων  Καλύτερη ποιότητα χάλυβα (σε σύγκριση με αυτήν του scrap)  Κύρια πρώτη ύλη σε χυτήρια για την παραγωγή χυτών αντικειμένων  Περιέχει λίγο S  Μικρή ποσότητα άλλων στοιχείων

9 Μεταλλουργία Fe I Χρήσεις σπογγώδους σιδήρου  Στους μεταλλάκτες εμφύσησης Ο 2 και στην κάμινο Siemens-Martin  Στον μεταλλάκτη LD αντικαθιστά το scrap μέχρι 40%  Στην κάμινο Siemens-Martin  Αντικαθιστά μέρος του scrap  Δίδει καλύτερη ποιότητα χάλυβα  Εφαρμόζεται στη Σουηδία για > 50 χρόνια  Στην υψικάμινο  για αύξηση της παραγωγικότητας (για μέχρι 50% προσθήκη σπογγώδους Fe στην τροφοδοσία)  μείωση της ειδικής κατανάλωσης κωκ  Στην μεταλλουργία Cu για την καταβύθιση του Cu (cementation) από αραιά υδατικά διαλύματα Cu

10 Μεταλλουργία Fe I Συμμετοχή σπογγώδους σιδήρου στην παραγωγή χάλυβα  Η παγκόσμια παραγωγή  χάλυβα  1945 ήταν 115 εκ. τόνοι  1990 ήταν 783 εκ. τόνοι  σπογγώδους Fe το 1996 ήταν 33 εκ. τόνοι  παραγωγή χάλυβα με Η/Κ είναι περίπου 200 εκ. τόνοι  Κυρίως προέρχεται από δυο μεθόδους  «κλασσική» Υ/Κ – Μ/Τ Ο 2  «νέα» Άμεση αναγωγή – Η/Κ  Μεγαλύτερη δυνατότητα κατανάλωσης scrap  Μειωμένη ρύπανση  Ευελιξία στο ύψος παραγωγής  Κατάλληλη για mini-χαλυβουργίες και χαλυβουργίες με ετήσια παραγωγή < 2 εκ. τόνους  Οικονομικότητα της μεθόδου εξαρτάται  Από τη θέση  Διαθεσιμότητα πρώτων υλών, ηλεκτρικής ενέργειας και scrap  Από τις περιβαλλοντικές απαιτήσεις και περιορισμούς

11 Μεταλλουργία Fe I Χαρακτηριστικά σπογγώδους σιδήρου  Είναι ελεύθερος από στοιχεία που συνήθως υπάρχουν στα Scraps (Cu, Zn, Sn, Cr, Mo κλπ.)  Έχει χαμηλή περιεκτικότητα S  Για την παραγωγή του μπορούν εύκολα να χρησιμοποιηθούν χαμηλής ποιότητας καύσιμα και λεπτόκοκκα μεταλλεύματα  Είναι ενεργός και οξειδώνεται εύκολα  Συμπιέζεται ώστε να περιορίζεται η ελεύθερη επιφάνεια του  Φαινόμενο βάρος  σπογγώδους Fe 2 g/cm 3  συμπιεσμένου Fe 4 g/cm 3  Fe 7,9 g/cm 3  Είναι δυνατή η τροφοδοσία τους στην Η/Κ τόξου με συνεχή ροή  Αύξηση της παραγωγικότητας (10 – 14%)  Περιέχει άγονα υλικά σε ποσοστό 5% (μειονέκτημα έναντι των scrap)  Περιέχει μη ανηγμένο Fe (3-15% του Fe tot )

12 Μεταλλουργία Fe I Τεχνολογική εξέλιξη μεθόδων άμεσης αναγωγής  Μέθοδοι άμεσης αναγωγής  Μικρότερη παραγωγικότητα για αυτό, αν και αρχαιότερες, αντικαταστάθηκαν  Οι πρώτες κάμινοι  Φρεατώδεις κάμινοι  Περιστροφικές κάμινοι  Κάμινος οριζοντίου, περιστρεφόμενου δαπέδου  Μέθοδος Krupp-Renn  Αναπτύχθηκε από την Krupp το 1930  : Εφαρμόστηκε σε βιομηχανική κλίμακα σε πολλές χώρες (Γερμανία, Τσεχοσλαβακία, Πολωνία, Ιαπωνία, Κορέα)  Σχεδιασμένη για φτωχά σιδηρομεταλλεύματα με υψηλή περιεκτικότητα SiO 2.  Σχηματίζεται ημίρρευστη σκουριά  Πρόδρομος των Π/Κ

13 Μεταλλουργία Fe I Τεχνολογική εξέλιξη μεθόδων άμεσης αναγωγής  Σύγχρονες μέθοδοι άμεσης αναγωγής: Τρεις κατηγορίες:  Στερεό αναγωγικό μέσο – στερεό μετάλλευμα  Αέριο αναγωγικό μέσο – στερεό μετάλλευμα  Αέριο αναγωγικό μέσο – ρευστοστερεή κατάσταση

14 Μεταλλουργία Fe I Αναγωγικό αέριο - παρασκευή  Αναγωγικό αέριο  Φυσικό αέριo (Φ.Α.)  Αναγωγικό αέριo (Α.Α.)  Καταλυτική μετατροπή  CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2  CH 4 + CO 2 = 2CO + 2H 2  CO + H 2 O = CO 2 + H 2  CH 4 = C + 2H 2

15 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδος Midrex  Συνεχής μέθοδος  Κίνηση κατ’ αντιρροή  Προθέρμανση του μεταλλεύματος στο άνω μέρος  Κυκλική διατομή  Κύλινδρος στο άνω μέρος  Πυρίμαχη επένδυση  Αντίστροφος κώλουρος κώνος στο κάτω  Δεν απαιτείται πυρίμαχη επένδυση

16 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδος Midrex

17 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδος Midrex

18 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδος Midrex

19 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδος Midrex

20 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδος Midrex

21 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδος Midrex  Μετάλλευμα  Χοντρόκοκκο (σφαιρίδια ή μπρικέττες)  Θρυμματισμός  σκόνη έως 15% της τροφοδοσίας  Η περιεκτικότητα σε στείρα επηρεάζει την παραγωγικότητα και το κόστος της μεθόδου  Περιεκτικότητα σε S  Πρέπει να είναι < 0,01%  Αν είναι μέχρι 0,02% αλλαγή μεθόδου (διέλευση των απαερίων από την κάμινο)  Διαφορετικά καταστρέφεται ο καταλύτης (περιεκτικότητα S στα απαέρια < 15 ppm)  Απαιτούμενη ενέργεια  3 Gcal / τόνο σπογγώδους σιδήρου από φυσικό αέριο και 120 kWh από ηλεκτρική ενέργεια

22 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδος Hyl  Φρεατώδης κάμινoς  Διακoπτόμενη λειτoυργία (Batch operation)  Κίνηση σε oμoρρoή  Φυσικό αέριo (Φ.Α.)  Αναγωγικό αέριo (Α.Α.)  Κύκλος που εφαρμόζεται:  Εκφόρτωση - Φόρτωση  Προαναγωγή  Αναγωγή  Ψύξη

23 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδος Hyl

24 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδος Hyl

25 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδος Hyl

26 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδος SL-RN  SL-RN: Stelco και Lurgi - Republic Steel και Natonal Lead  Η RN αναπτύχθηκε στο διάστημα για την κατεργασία πτωχών σιδηρομεταλλευμάτων  Η SL αναπτύχθηκε περί το 1960 για την παραγωγή σπογγώδους Fe από πλούσια σιδηρομεταλλεύματα  Η RN είναι παραλλαγή της Krupp-Renn που κατεργαζόταν φτωχά σιδηρομεταλλεύματα. Οι βασικές διαφορές RN και Krupp-Renn είναι:  Η RN λειτουργεί σε χαμηλές θερμοκρασίες για να μη τήκεται το μετάλλευμα στην περιστροφική κάμινο  Η RN χρησιμοποιούσε βασικό συλλίπασμα προς δέσμευση του S των καυσίμων και τη δεύσμευσή του στο σπογγώδη σίδηρο, ενώ στην Krupp- Renn παράγεται όξινη σκουριά.

27 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδος SL-RN - εξοπλισμός  Οι αντιδράσεις αναγωγής λαμβάνουν χώρα σε περιστροφική κάμινο (Π/Κ)  Π/Κ Θερμική συσκευή: Ξήρανση, Πύρωση, Φρύξη  Περιστρεφόμενος κύλινδρος  Μήκους 60 – 125 μέτρων  Διαμέτρου 4 – 6 μέτρων  Ελαφριά κλίση 2 % περίπου προς την έξοδο  Περιστρέφεται με ταχύτητα 0,5 – 1,2 στροφές/λεπτό  Χρόνος παραμονής = f(κλίση, rpm, άνοιγμα στομίου εξόδου, ρυθμό τροφοδοσίας)  Κατά μήκος του κελύφους υπάρχουν:  Πυρόμετρα  Δειγματολήπτες  Ανθρωποθυρίδες

28 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδος SL-RN - εξοπλισμός  Βοηθητικοί ανεμιστήρες  Χρησιμεύουν για την προμήθεια αέρα ώστε να διατηρείται το θερμοκρασιακό διάγραμμα και να γίνεται καλύτερη καύση των πτητικών των στερεών καυσίμων  Τα ακροφύσια κατασκευάζονται από πυρίμαχο χάλυβα »Υψηλές θερμοκρασίες »Απότομες θερμικές μεταβολές (θερμικά shocks)  Ο αέρας οδηγείται παράλληλα στον άξονα  Εύκολη αντικατάσταση  Στόμιο (Καυστήρας με δύο ταχύτητες αέρα)  Απαέρια  Μυζητήρες για τον ελκυσμό τους  Κονιοθάλαμος (χονδρόκοκκη σκόνη)  Καύση σε δύο στάδια (πτητικές ουσίες και λεπτόκοκκος άνθρακας)  Διέλευση από ατμολέβητα (ψύξη)  Αποκονίωση  Καπνοδόχος

29 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδος SL-RN - εξοπλισμός

30 Μεταλλουργία Fe I Μέθοδος SL-RN - εξοπλισμός


Κατέβασμα ppt "Μεταλλουργία Σιδήρου – Χυτοσιδήρου Θεωρία και Τεχνολογία Μάθημα 8: Άμεση αναγωγή Κάμινοι Midrex - Hyl Δρ. Α. Ξενίδης Ε.Μ. Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google