کورهٔ بُلَند کوره‌ای عمودی است که در کارخانه‌های ذوب فلز برای استخراج فلز به ویژه آهن، از سنگ معدنی استفاده می‌شود. کوره بلند به عنوان اصیل‌ترین روش جداسازی آهن از سنگ آهن شمرده می‌شود.

نمای پانورامیک از یک کوره بلند از نوع کوره‌های شوروی در دومبرووه گورنیچا، لهستان

به همراه سنگ آهن، کک و آگلومره هم داخل کوره بلند ریخته می‌شود. در کوره بلند سوخت جامد، معمولاً کُک همراه با جریان دمشی هوا می‌سوزد و کانی‌ها را ذوب می‌کند.[۱]

تاریخچهویرایش

 
یک کوره بلند در سستائو اسپانیا. کوره اصلی در زیر تیرآهن‌های میانی قرار دارد.

کوره‌های بلند در چین از حدود سده پنجم پیش‌از میلاد وجود داشته‌اند. در سده‌های میانه در اروپا نیز این‌گونه کوره‌ها ساخته‌شد و در سده ۱۵ از استان نامور در بلژیک به مناطق دیگر گسترش یافت. سوخت به‌کاررفته در این کوره‌ها زغال سنگ بود.[۲] بزرگترین کوره بلند ایران به حجم ۲۰۰۰ متر مکعب و در ذوب آهن اصفهان احداث شده‌است. کوره‌های بلند در دو نوع زنگدار و بدون زنگ ساخته می‌شوند. فناوری ساخت کوره بلندهای ایران سابقاً توسط شوروی سابق و اخیراً توسط شرکت پوسکو کره جنوبی وارد ایران شده‌است. کوره‌های روسی اساساً زنگدار و کوره‌های کره‌ای با فناوری جدیدتر و بدون زنگ ساخته می‌شوند. در کوره‌های بدون زنگ شارژ مواد توسط تجهیزی دوار صورت گرفته و باعث می‌شود مواد با نظم زیادی در کوره انباشته شود، لذا جریان هوای دم کوره به صورت یکنواخت در بین مواد نفوذ کرده و نهایتاً مصرف کُک کمتری به همراه خواهد داشت.

اندازه کوره بلندویرایش

کوره‌های بلند با حجم از ۷۰ مترمکعب تا ۵۰۰۰ متر مکعب طراحی می‌شوند.

کوره های بلند مدرنویرایش

کوره بلند مدرن آهنویرایش

سیستم cowper stove  برای پیش گرم کردن هوای ورودی در کوره ی بلند بخش مهمی از روش مدرن تولید آهن است .کوره های مدرن بسیار کارآمد هستند که از جمله ی دلایل آن استفاده از سیستم بازیابی برای استفاده از گرمای گازهای خارج شده از کوره ی بلند، افزایش فشار هوا و اینجکت پودر کک می باشد.علت دیگر آن افزایش مقدار اکسیژن ورودی به کوره است.این عوامل باعث افزایش تولید آهن ،مقدار گازهای گرمازا و حجم کک مورد استفاده در کوره شده است.بزرگترین سیستم کوره ی بلند آهن در جهان در کره ی جنوبی قراردارد که 6000 متر مکعب حجم دارد .این کوره می تواند در حدود 5650000 تن در سال آهن تولید کند .[۳]این یک جهش بزرگ در تولید آهن نسبت به کوره های بلند قدیمی در قرن 18 که حدودا 360 تن در سال آهن تولید می کردند .

کوره ی بلند مدرن سربویرایش

کوره های بلند در حال حاضر به ندرت در ذوب سرب استفاده می شوند .کوره های بلند سرب بسیار کوتاه تر از کوره ی بلند آهن هستند و از نظر شکل هندسی مکعب مستطیلی هستند .[۴]ارتفاع کلی آن در حدود 5 تا 6 متر است .[۴]کوره های بلند مدرن سرب فاقد دیواره جانبی با پوشش نسوز هستند و پایه ی کوره از مواد نسوز (آجر نسوز ریخته گری )ساخته شده است .[۴]

HOT BLAST[۵]ویرایش

Hot blast مهمترین پیشرفت در کارآیی و بازده کوره ی بلند و یکی از مهمترین فناوری های توسعه یافته در انقلاب صنعتی بوده است.این فناوری توسط جیمز باومومنت و ویلسون تاون در سال 1828 اختراع شد[۶] که با پیش گرم کردن گاز ورودی  به وسیله ی سوزاندن گاز های نسوخته ی خروجی مصرف کک را به شدت کاهش داد و هم چنین باعث افزایش ظرفیت کوره ی بلند به علت کاهش حجم سوخت شد.[۷]

فرآیند مدرن تولید آهن در کوره ی بلند[۵]ویرایش

انتقال مواد اولیهویرایش

 
1- سنگ آهن+پودر سنگ آهن2-کک 3-تسمه نقاله 4-ورودی مواد اولیه 5-لایه کک 6-سینتر سنگ معدن و سنگ آهک 7-انفجار گرم 8-حذف سرباره 9-بهر برداری از pig iron 10-گلدان سرباره 11-انتقال به سمت torpedo cars 12-گرد و غبار سیلیکون 13-اجاق 14-دودکش 15-COWPER (پیش گرم کن) 16-پودر ذغال سنگ 17- اجاق کک 18-کک 19-کاهنده ی گاز کوره ی بلند

کوره های مدرن برای افزایش کارایی مانند مخزن های ذخیره سازی سنگ معدن  مجهز به مجموعه ای از تجهیزات پشتیبانی هستند .مواد اولیه توسط اتومبیل های انتقال سنگ معدن به مجتمع انبار منقل می شود . مواد اولیه توسط یک ماشین container که از وینچ یا تسمه نقاله استفاده میکند به بالای کوره ی بلند آورده می شود .[۸]

شارژ کورهویرایش

روش های مختلفی برای شارژ کوره ی بلند وجود دارد .بعضی از کوره های بلند از سیستم زنگ دوتایی استفاده می کنند که در آن از دو زنگ برای کنترل ورود مواد اولیه به داخل کوره ی بلند استفاده می شود .هدف از استفاده از این زنگ ها به حداقل رساندن اتلاف گاز های داغ از کوره و به تبع آن از دست رفتن انرژی است .کوره های بلند به صورت مداوم به وسیله ی لوله های آبگرد که در اطراف آن قرار دارد خنک کاری می شود .ابتدا مواد اولیه در زنگ بالا یا زنگ کوچک تخلیه می شوند سپس زنگ کوچک بسته می شود تا  از خروج گاز های داغ جلوگیری شود . زنگ بزرگ باز می شود و با استفاده از مکانیزم خاصی که دارد مواد اولیه را به طور یکنواختی در کوره پخش می کند[۹] .سیستم دیگری که برای شارژ کوره ی بلند وجود دارد استفاده از سیستم  " bell less " است .این سیستم از چند دریچه برای فراهم کردن مواد اولیه ی کوره استفاده می کند .این دریچه ها در کنترل میزان ورود مواد اولیه به کوره ی بلند دارای  دقت بیشتری نسبت به نسبت به سیستم زنگ دوتایی است که از این طریق باعث افزایش کارایی کوره ی بلند می شود .[۱۰]

فرآیند درون کورهویرایش

 
دمنده ها (TUYERES)

کوره ی بلند آهن به شکل یک برج بلند(به ارتفاع 30 تا 80 متر[۱۱] ) است که  دیواره ی داخلی آن از آجر نسوز و دیواره ی خارجی آن از ورقه های فولادی ساخته می شود تا امکان اضافه کردن مواد اولیه به صورت پیوسته وجود داشته باشد. زیرا امکان خاموش کردن کوره برای برای کوتاه مدت وجود ندارد و اگر کوره ای روشن شود تا چند سال باید به طور مداوم کار کند. کوره های بلند به صورت مداوم به وسیله ی لوله های آبگرد که در اطراف آن قرار دارد خنک کاری می شوند .به این ترتیب سنگ آهن وسنگ آهک و کک با دستوری دقیق از بالای کوره وارد می شود .برای مدتی از ذغال سنگ استفاده شد که به علت وجود گوگرد که باعث شکننده شدن آهن میشد منسوخ شد. هوای گرم (با دمایی بین 800 تا 1200 درجه ی سانتی گراد) از پایین توسط شیپورک های دمنده (tuyeres) وارد و با کک یا همان کربن ترکیب می شود و باعث تولید منو کسید کربن می شوند و گرما ی زیادی تولید می کند . شیپورک های دمنده هوای گرم به داخل کوره  در لایه خارجی دارای پوششی از سرامیک و در لایه ی داخلی دارای پوششی از مس(به علت ضریب انتقال حرارت بسیار خوب) هستند که در معرض جریان آب به منظور خنک کاری قرار دارند [۱۱].

واکنشهای شیمیایی مهم[۱۲]ویرایش

بخشی از مهم ترین واکنش هایی که در کوره ی بلند رخ می دهند به شرح زیر است:

2C+O2 2CO

Fe2O3+CO 2Fe3O4+CO

CaCO3 CaO+CO2

Fe3O4+CO 3FeO+CO2

FeO+CO Fe+O2

اتفاقات مهم در مناطق مختلف کوره[۱۱]ویرایش

در این هنکام چهار اتفاق مهم در بخش های مختلف کوره ی بلند می افتد

1-در قسمت بالایی کوره که دمای آن به 300 درجه سانتی گراد میرسد دمای مواد ورودی به کوره افزایش می یابد و رطوبت آن ها گرفته می شود.

2-در اثر گاز مونواکسید کربن حاصله از احتراق ناقص کک اکسید های مختلف آهن به یکدیگر و در نهایت آهن خالص احیا می شود.

3-آهن خالص احیا شده در دمای 1000 درجه ی سانتی گراد در اثر برخورد با کک داغ با کربن ترکیب می شود.

4-در دمای 1200 تا 1400 درجه ی سانتی گراد آهن مذاب می شود و باقی اکسید های آهن که احیا نشده بودند با کربن احیا می شوند .

تخلیه ی مذاب و سرباره[۵][۱۱]ویرایش

 
مخزن دوکی حامل مواد مذاب(torpedo cars)

در  اثر گرما ی تولید شده آهن به مذاب تبدیل می شود و سرباره ای که دارای چگالی کمتری نسبت به آهن مذاب است روی سطح آن تشکیل می شود که عمدتا از کلسیم سیلیکات تشکیل شده است این سرباره ی شناور بر روی مذاب آهن از اکسید شدن آهن جلوگیری می کند .در نهایت از قسمت تحتانی کوره که بوته نام دارد ابتدا  سرباره از یک خروجی در قسمت بالایی بوته سپس آهن مذاب از یک خروجی در پایین کوره ی بلند خارج می شوند . عمل تخلیه ی آهن مذاب هر  4 تا  5 ساعت انجام می شود. آهن مذاب قبل از انتقال به کارخانه های فولاد با اضافه کردن اکسید کلسیم گوگرد زدایی و با اضافه کردن اکسیژن کربن زدایی می شود.سرباره ی تولیدی را که حجم آن تقریبا سه برابر آهن مذاب تولید شده می باشد را به عنوان کود-سیمان-عایق حرارتی و آجر نسوز استفاده می کنند .ترکیبات سرباره شامل :SiO2-CaO-Al2O3 می باشد.

 
جاری شدن آهن مذاب ذر بستری از گل نسوز

درب خروجی آهن مذاب در کوره ی بلند با استفاده از یک به اصطلاح "gun" با شلیک گل نسوز بسته می شود و هنگام بهره برداری با استفاده از یک دریل پوشش گل نسوز تخریب و و آهن مذاب خارج  و در یک بستر از گل نسوز جاری می شود  .این آهن مذاب در ادامه وارد یک مخزن بیضوی می شود که در نهایت در قالب های ریخته گری تخلیه می شود .


گاز های خروجی[۵]ویرایش

 
hot air stoves

مونواکسید کربن و متان و ازت حاصله از سوختن کک در نهایت از بالای کوره خارج می شود سپس این گاز خارج شده را درکوره هایی به نام "hot air stove" با هوای بیرون به علاوه ی سوخت واکنش می دهند تا مونوکسید کربن و بقیه سوخت های آن بسوزد و از گرمای تولیدی آن برای گرم کردن گاز های ورودی به کوره ی بلند استفاده می شود .این کوره ها معمولا به صورت یک مجموعه ی سه عددی در خارج از کوره ی بلند قرار میگیرند که به طور همزمان دو عدد از آن ها در مدار قرار دارند و یک عدد به گرم کردن گاز های ورودی می پردازد.

محصول کوره ی بلند[۵]ویرایش

 
pig iron

حاصل فرآیند کوره ی بلند چدن است که در اصطلاح به آن "pig iron "گفته می شودکه دارای خلوص 95%است.این آهن دارای درصد کربن بالایی در حدود 4 تا 5 درصد و درصد بالایی از گوگرد می باشد .هم چنین درصد بقیه عناصر در این آهن بدین شرح است :  منگنز:0.25%_2.5%وفسفر:0.04%_2%وسیلیس:0.5%_3%                                                  

این عناصر باعث می شوند که  آهن حاصل از کوره ی بلند بسیار ترد و شکننده باشد و برای استفاده در صنایع خودرو کشتی سازی و مصالح ساختمانی و .... قابل استفاده نباشند و برای استفاده تحت پردازش بیشتری قرار بگیرد .

آینده ی کوره ی بلند و محیط زیست[۵]ویرایش

اگر چه راندمان کوره های بلند به طور مداوم در حال تغییر است اما واکنش های داخل کوره ی بلند یکسان است . به گفته ی موسسه ی آهن و فولاد آمریکا کوره ی بلند تا هزاره ی بعدی  باقی می ماند زیرا کوره های بلند بزرگ و پربازده می توانند فلز مذاب با هزینه ی قابل رقابت با سایر روش های تولید آهن تولید کنند.یکی از بزرگترین مشکلات کوره ی بلند تولید اجتناب ناپذیر دی اکسید کربن است .زیرا اکسید آهن با استفاده از واکنش با کربن به آهن خالص تبدیل می شود که حاصل  این واکنش دی اکسید کربن است .چالش تولید گازهای گاخانه ای توسط کوره ی بلند در یک برنامه به نام "Ulcos" در اروپا در حال پیگیری می باشد که حاصل آن چندین روش برای کاهش تولید گاز های گلخانه ای تولید شده در روش کوره ی بلند می باشد .

تصفیه ی گاز های خروجی[۵]ویرایش

برای جلوگیری از آلودگی محیط زیست گاز های خروجی از کوره ی بلند در دو فرآیند درون دودکش تصفیه می شوند:1-نظافت درشت 2-نظافت ریز

  1. در سیستم نظافت درشت با استفاده از گیرنده ی گرد و غبار به وسیله ایجاد اختلاف سرعت میان ذرات ریز و درشت در یک سازه ی استوانه ای (دودکش) با بدنه ی استیل و دیواره ی داخلی از جنس آجر نسوز می باشد بخشی از غبارات گاز های خروجی تصفیه می شود .
  2. در سیستم نظافت ریز با استفاده از فیلتر های الکترواستاتیکی  ذرات ریز دانه تر گرفته می شود .

کوره های بلند در ایرانویرایش

در ایران از آن جایی که گاز طبیعی به مراتب بیشتر از ذغال سنگ یافت می شود از فرآیند کوره ی بلند استفاده ی کمتری می شود و بخش عمده ی آهن از روش احیای مستقیم تولید می شود .[۱۳]

برخی از کوره های بلند ایران :

  • کوره های بلند ذوب اصفهان که سه عدد هستند هر کدام با ظرفیت تولید 800000 و 1400000 تن در سال[۱۴]
  • کوره ی بلند شرکت فولاد میبد با ظرفیت تولید 1400000 تن در سال[۱۵]
  • کوره ی بلند فولاد زرند کرمان

پیوند به صفحات دیگر برای اطلاعات تکمیلیویرایش

Encyclopædia Britannica             

https://newsroom.posco.com/en/blast-furnace-anatomy-1/

https://oldschool.runescape.wiki/w/Blast_Furnace

iromart

http://سایت+packman[پیوند مرده]

آهنکو

جستارهای وابستهویرایش

منابعویرایش

  1. افضلی، محمدرضا، فرهنگ مهندسی مکانیک، تهران: فرهنگ معاصر، ۱۳۸۶، ص۹۷.
  2. Ebrey, Walthall, Palais (2006). East Asia: A Cultural, Social, and Political History. Boston: Houghton-Mifflin Company. P. 30.
  3. «بزرگترین کوره ی بلند جهان».
  4. ۴٫۰ ۴٫۱ ۴٫۲ R J Sinclair, The Extractive Metallurgy of Lead (The Australasian Institute of Mining and Metallurgy: Melbourne, 2009), 75.
  5. ۵٫۰ ۵٫۱ ۵٫۲ ۵٫۳ ۵٫۴ ۵٫۵ ۵٫۶ «ویکی پدیا انگلیسی».
  6. Landes, David. S. (1969). The Unbound Prometheus: Technological Change and Industrial Development in Western Europe from 1750 to the Present. Cambridge, New York: Press Syndicate of the University of Cambridge. p. 92. ISBN 0-521-09418-6.
  7. Ayres, Robert (1989). "Technological Transformations and Long Waves" (PDF): 21. Archived from the original (PDF) on 1 March 2012. Retrieved 17 October 2013<Fig. 7 shows C/Fe ratio time series>.
  8. «کوره بلند چگونه کار می کند».
  9. McNeil, Ian (1990), An encyclopaedia of the history of technology, Taylor & Francis, p. 163, ISBN 0-415-01306-2.
  10. Whitfield, Peter, Design and Operation of a Gimbal Top Charging System (PDF), archived from the original (PDF) on 5 March 2009, retrieved 22 June 2008.
  11. ۱۱٫۰ ۱۱٫۱ ۱۱٫۲ ۱۱٫۳ «iromart».
  12. «سایت آهنکو».
  13. «احیا مستقیم و کوره بلند».
  14. «کوره ی ذوب اصفهان».
  15. «نام پروژه:کوره بلند میبد | شرکت سرمایه گذاری پرشیا فلز اسپادانا». نام پروژه:کوره بلند میبد. دریافت‌شده در ۲۰۲۰-۰۴-۰۴.[پیوند مرده]