تحليل شامل لعملية إنتاج الحديد الخنازير للفرن والمعلمات التقنية
2025-04-30 15:02:27 ضربات ：0
1. نظرة عامة على إنتاج الحديد الخنزير الفرن
الحديد الخنازير للفرن الصهر عبارة عن سبيكة كربون من الحديد (3-4.5 ٪ من الكربون) يتم إنتاجها من خلال التفاعلات الفيزيائية والكيميائية في فرن الصهر ، وتستخدم في المقام الأول في صناعة الصلب ، والصب ، وتصنيع الآلات. في عام 2023 ، بلغ إنتاج Global Pig Iron 1.3 مليار طن ، حيث تمثل الصين 58.7 ٪ (المكتب الوطني للإحصاء). تتضمن عملية الإنتاج ثلاث مراحل: تحضير المواد الخام ، وصهر الفرن الصهر ، ومعالجة الحديد المنصهر.
2. مواصفات المواد الخام والمعالجة
2.1 خام الحديد
معايير الجودة:
المعلمة الحديد الخنزير الصلب صب الحديد الخنزير TFE (إجمالي الحديد) ≥62% ≥58% Sio₂ ≤6% ≤8% ق ≤0.05% ≤0.06% ص ≤0.10% ≤0.12% Explanation: يتم استخدام خام عالية الجودة (TFE ≥62 ٪) مباشرة لحديد خنزير صناعة الصلب. يسمح خام الصب بدرجة أقل قليلاً من TFE ولكنه يتطلب تحكمًا أكثر صرامة في الكبريت والفوسفور لمنع هشاشة. على سبيل المثال ، يتجاوز الكبريت الذي يتجاوز 0.06 ٪ من الشقوق الساخنة في المسبوكات.
عمليات المعالجة:
التلبد: يتم خلط غرامات خام الحديد (<8 مم) مع التدفق (الحجر الجيري ، الدولوميت) ويتم تسخينه إلى 1200-1300 درجة مئوية لإنتاج تلبيس مسامي (قوة البهلوان ≥70 ٪). Sinter يحسن نفاذية الغاز في الفرن.
تحبيب: يتم تحبيب المركزات (TFE> 64 ٪) من 1250-1350 درجة مئوية لتحقيق قوة الضغط ≥ 2500n/بيليه. الكريات تضمن توزيع عبء موحد.
2.2 فحم الكوك
المواصفات الرئيسية:
المعلمة متطلبات اختبار معيار كربون ثابت (FC) ≥85% GB/T 1997 الكبريت (ق) ≤0.70% ISO 351 قوة فحم الكوك بعد رد الفعل (CSR) ≥65% ISO 18894 Explanation: Coke يخدم الأدوار المزدوجة:
الوقود: يولد الحرارة للحفاظ على درجات حرارة الفرن (1200-1500 درجة مئوية).
اختزال: يتفاعل مع أكاسيد الحديد لإنتاج ثاني أكسيد الكربون للخفض. انخفاض المسؤولية الاجتماعية للشركات يسبب تفتيت فحم الكوك ، مما يؤدي إلى تعطيل تدفق الغاز.
2.3 التدفق
الحجر الجيري (CACO₃): حجم الحبوب 20-50 مم ، CAO ≥52 ٪. يتحلل إلى CAO في درجات حرارة عالية ، وتفاعل مع sio₂ لتشكيل الخبث (casio₃) التي تمتص الشوائب.
الدولوميت (CAMG (CO₃) ₂): MGO ≥18 ٪. يضبط قاعدة الخبث (نسبة CAO/SIO₂) ويقلل من نقطة انصهار الخبث.
3. معلمات عملية فرن الصهر
3.1 هيكل العبء
| مادة | نسبة (٪) | حجم الحبوب (مم) |
|---|---|---|
| تلبيس | 55-70 | 5-50 |
| الكريات | 15-30 | 8-16 |
| خام كتلة | 10-20 | 10-25 |
| فحم الكوك | 25-35 ٪ (نسبة الطبقة) | 25-75 |
توضيح:
هيمنة الملبس: 55-70 ٪ يضمن الملبد نفاذية الغاز المستقرة.
فحم الكوك الطبقات: يحافظ على الاحتراق المستمر والحد.
3.2 المعلمات التشغيلية
درجة حرارة الانفجار الساخن: 1150-1300 درجة مئوية (موقد كالوجين). ارتفاع درجات الحرارة تسريع احتراق فحم الكوك.
تخصيب الأكسجين: 3-5 ٪ (Air Blast O₂ 23-25 ٪). يقلل من فقدان الحرارة الناجم عن النيتروجين.
أعلى الضغط: 200-250kpa. يحسن استخدام الغاز (> 50 ٪) عن طريق إبطاء تدفق الغاز.
3.3 ردود الفعل في العملة
منطقة الحد غير المباشرة (800-1100 درجة مئوية):
3fo₂ + co → moxo₄ + coo fuoo₄ + co ← fo ← feo + coe + coe + coe
ملاحظة: تتطلب ردود الفعل التي تحركها المشاركة مستويات CO التي يتم التحكم فيها (21-23 ٪ CO₂ في أعلى الغاز).
منطقة التخفيض المباشر (> 1100 درجة مئوية):
C + CO₂ → 2CO FEO + C → FE + CO
ملاحظة: تفاعلات الكربون الصلبة كثيفة الطاقة. الحفاظ على درجة التخفيض المباشر (RD) بنسبة 25-30 ٪ للحد من نسبة الوقود (<520 كجم/طن).
4. نظام مراقبة الجودة
4.1 التكوين الكيميائي
| عنصر | الحديد الخنزير الصلب | صب الحديد الخنزير | حديد الخنزير العالي |
|---|---|---|---|
| ج | 3.5-4.5% | 3.0-4.0% | 3.2-3.8% |
| و | 0.3-1.0% | 1.5-3.5% | 0.8-1.5% |
| MN | ≤0.50% | ≤0.50% | ≤0.30% |
| ص | ≤0.10% | ≤0.06% | ≤0.015% |
| ق | ≤0.05% | ≤0.04% | ≤0.010% |
توضيح:
درجة صناعة الصلب: SI/S منخفضة يقلل من حجم الخبث في المحولات.
درجة الصب: أعلى SI (1.5-3.5 ٪) يحسن السيولة في المسبوكات المعقدة.
درجة عالية من النقاء: يمنع S/P فائقة الكسور كسور الإجهاد في مكونات دقيقة مثل مهاوي توربينات الرياح.
4.2 طرق الاختبار
القياس الطيفي: ARL 3460 مطياف الانبعاثات البصرية (± 0.005 ٪ دقة).
التحليل الحراري: يكتشف محلل LECO CS844 C/S إلى 0.001 ٪.
4.3 التخفيف من العيوب
| مشكلة | السبب الجذري | حل |
|---|---|---|
| عالية SI | درجة حرارة الفرن المفرطة | تقليل درجة حرارة الانفجار بمقدار 50-100 درجة مئوية |
| عالية s | قاعدة الخبث المنخفض | زيادة CAO/SIO₂ إلى 1.10-1.15 |
| انخفاض درجة حرارة الحديد المنصهر. | جودة فحم الكوك السيئة | استخدم فحم الكوك مع CSR ≥68 ٪ |
5. المعدات والابتكارات
5.1 المعدات الرئيسية
| معدات | مواصفة | الشركة المصنعة |
|---|---|---|
| فرن الصهر | حجم 3800 متر ، 10000 طن/يوم | MCC Capital Engineering |
| نظام شحن أقل من الجرس | ± 2 ٪ دقة التوزيع | بول |
| حلقة خبث الغسيل | الغبار <5mg/m³ | دانيال |
توضيح:
الجزء العلوي من الجرس: يضمن التدوير شلال توزيع عبء موحد ، ومنع تآكل الجدار.
خبث عنبر: فخاخات المياه عالية الضغط التقاط الغبار لاستعادة الغاز المنظف (قيمة الحرارة: 3000-3500 كيلو جول/متر مكعب).
5.2 أنظمة التحكم الذكية
نظام الخبراء: Baosteel من BF-Expert يقلل من نسبة الوقود بنسبة 8 كجم/طن باستخدام 30،000 مجموعة بيانات تاريخية.
التوأم الرقمي: يتنبأ ANSYS Twin Builder بدرجة حرارة الحديد المنصهر (خطأ ± 3 درجة مئوية) لتحسين العملية.
6. الامتثال البيئي وإعادة التدوير
6.1 معايير الانبعاثات
| ملوث | المعيار الوطني (GB 28663) | القيمة النموذجية |
|---|---|---|
| الجسيمات | ≤15mg/m³ | 8-12mg/m³ |
| سو | ≤100mg/m³ | 50-80mg/m³ |
| إيف | ≤300mg/m³ | 150-250mg/متر مكعب |
6.2 استخدام المنتج الثانوي
تطبيقات الخبث:
خبث فرن الصهر المحبب (GBFS): يحل محل الأسمنت 30-50 ٪ في الخرسانة ، مما يزيد من القوة بنسبة 20 ٪.
Class-Ceramics: Slag + Silica Sand ذاب في مواد مقاومة للتآكل (قوة الضغط ≥200MPa).
استرداد الغاز: يولد الغاز المنقى 200-250 كيلو واط في الساعة لكل طن من الحديد الخنزير ، ويغطي 30 ٪ من احتياجات طاقة الفرن.
