صنعت DRI چیست؟

صنعت DRI به بخش متالورژی فولاد اختصاص داده شده به تولید آهن احیاء شده مستقیم از طریق تبدیل سنگ آهن به آهن فلزی با خلوص بالا از طریق احیای مبتنی بر گاز یا زغال سنگ در دماهای زیر نقطه ذوب آهن است. این فرآیند به طور کامل از مسیر کوره بلند جلوگیری می کند و در عوض بر کاهش گاز تولید شده در سیستم های اصلاح کننده برای حذف اکسیژن از گلوله های سنگ آهن یا سنگ معدن تکیه می کند. تجهیزاتی مانند لوله اصلاح کننده DRI، بدنه کوره شفت، و شبکه هیتر آتش سوزی مرتبط، ستون فقرات هر خط تولید DRI را تشکیل می دهند و قابلیت اطمینان این اجزا هم کیفیت خروجی و هم هزینه عملیاتی را تعیین می کند.

مسیرهای فناوری اصلی و پیکربندی فرآیند در صنعت DRI

فرآیندهای کوره محوری مبتنی بر گاز تقریباً 75.8 درصد از ظرفیت تولید جهانی DRI را به خود اختصاص می دهند که MIDREX و Energiron دو مجوز دهنده فناوری غالب هستند. زنجیره فرآیند کامل از چهار مرحله متصل می‌گذرد: کاهش در داخل کوره شفت، اصلاح گاز در داخل لوله‌های واکنش پر از کاتالیزور، بازیابی گرمای اتلاف از طریق بخش همرفت، و بریکت کردن یا خنک‌سازی نهایی. از آنجا که کاهش کیفیت گاز کل زنجیره را به حرکت در می آورد، شبکه لوله اصلاح کننده در مرکز عملکرد فرآیند قرار می گیرد.

فرآیندهای کوره محوری مبتنی بر گاز بر صنعت DRI تسلط دارند زیرا راندمان حرارتی بالا را با فرم‌های خروجی انعطاف‌پذیر از جمله DRI سرد، DRI داغ و آهن بریکت‌شده داغ ترکیب می‌کنند. کاهش آماده‌سازی گاز هسته عملیاتی این مسیر است: گاز طبیعی با گاز کوره بازیافتی مخلوط می‌شود و از طریق لوله‌های اصلاح‌کننده مملو از کاتالیزور مبتنی بر نیکل جریان می‌یابد و یک جریان واکنش غنی از هیدروژن تولید می‌کند که کاهش واقعی را در داخل کوره شفت انجام می‌دهد.

استانداردهای ساخت برای قطعات لوله اصلاح کننده DRI و Catalyst Tube

لوله اصلاح کننده DRI هسته تحمل کننده فشار کوره رفرمینگ است که در معرض دمای گاز داخلی بالای 900 درجه سانتیگراد، گرمای تابشی مستقیم از مشعل های خارجی، فشار داخلی پایدار و سایش مکانیکی از بستر کاتالیزور قرار دارد. فرآیند لوله کوره ریخته‌گری گریز از مرکز یک روش استاندارد برای این جزء است، زیرا یک ریزساختار دیواره متراکم و ساختار دانه‌ای تصفیه‌شده ایجاد می‌کند که مستقیماً به مقاومت خزشی قوی‌تر و مقاومت در برابر اکسیداسیون در مقایسه با ریخته‌گری استاتیک تبدیل می‌شود.

انتخاب مواد معمولاً بر روی آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت نیکل-کروم بالا مانند گریدهای HP و HK متمرکز است که حاوی 25 تا 35 درصد کروم و 35 تا 45 درصد نیکل است و نیوبیم، تنگستن و تیتانیوم برای تقویت مرز دانه اضافه شده است. همین فناوری لوله کاتالیزور همچنین از لوله اصلاح کننده تولید هیدروژن که در واحدهای تولید هیدروژن استفاده می شود پشتیبانی می کند، زیرا هر دو کاربرد تقریباً نیازهای حرارتی و فشاری یکسان دارند.

• دمای کارکرد: داخلی 900 تا 1050 درجه سانتی گراد، با دمای دیوار تا 1100 درجه سانتی گراد
• فشار مورد نیاز: باید فشار گاز کاهنده داخلی همراه با وزن بستر کاتالیزور را تحمل کند
• استاندارد مواد: آلیاژ مقاوم در برابر حرارت نیکل کروم بالا با ساختار ریخته گری گریز از مرکز متراکم
• عمر سرویس: چرخه عملیاتی معمولی تقریباً 8 تا 12 سال است
• فرآیند تولید: ریخته گری گریز از مرکز، ماشینکاری دقیق و آزمایش غیر مخرب

حالت های خرابی در سرویس لوله واکنش عمدتاً شامل تغییر شکل خزشی، ترک خوردگی ناشی از خستگی حرارتی، شکنندگی کربوریزاسیون و پوسته پوسته شدن پوسته اکسید می شود. این خطرات از طریق نرخ های خنک کننده ریخته گری کنترل شده، نسبت های آلیاژی بهینه، و بازرسی دقیق هر ورق لوله، منیفولد و اتصال کلکتور قبل از خروج مجموعه از کارخانه برطرف می شود.

سری محصولات ویژه برای سیستم‌های گرمکن DRI و Fired Heater

خطوط تجهیزات زیر شبکه لوله اصلاح‌کننده، بدنه کوره شفت، و سیستم‌های ترک خوردگی و گرمکن مربوطه مورد استفاده در کارخانه‌های DRI، واحدهای اتیلن و عملیات پالایش را پوشش می‌دهند.

DRI لوله اصلاح کننده

صنعت DRI

کوره DRI

صنعت DRI

Reformer Tube

لوله کوره

لوله ترک خوردگی (کویل تابشی)

صنعت اتیلن

کوره کراکینگ اتیلن

صنایع شیمیایی

طراحی ساختاری کوره DRI و سیستم های هیتر آتش سوزی مرتبط

یک کوره محوری DRI مبتنی بر گاز به عنوان یک مخزن استوانه ای با روکش نسوز ساخته شده است. گلوله‌های سنگ آهن یا سنگ‌آهن کلوخه از بالا شارژ می‌شوند و با گرانش پایین می‌آیند و با گاز کاهنده رو به بالا در یک الگوی جریان مخالف برخورد می‌کنند که واکنش کاهش را کامل می‌کند. مهندسی برای سیستم‌های بخاری سوختنی که از این کوره پشتیبانی می‌کنند باید نسبت ارتفاع به قطر شفت، توزیع یکنواخت گاز در سطح مقطع، سرعت نزول بار کنترل‌شده و یک سیستم آب‌بندی دینامیکی قابل اعتماد در نقاط شارژ و تخلیه را در نظر بگیرد.

بسیاری از این سیستم‌ها منطق مهندسی را با بخاری آتش‌زا برای خدمات پالایشگاه نفت و بخاری آتش‌زا برای خدمات صنعت پتروشیمی به اشتراک می‌گذارند، زیرا هر سه به بخش تابشی، بخش همرفت و EPC دقیق برای هماهنگی سطح کوره ترک اتیلن بین طراحی بدنه کوره، متالورژی لوله و چیدمان مشعل متکی هستند. تحویل کامل پروژه، از طراحی فرآیند تا نصب و راه اندازی، این قطعات کوره بهم پیوسته را به عنوان یک سیستم واحد قابل اعتماد حفظ می کند.

تحول سبز و روندهای مهندسی در صنعت DRI

صنعت جهانی DRI در حال حرکت به سمت عملیات کم کربن است. DRI مبتنی بر گاز طبیعی متعارف در حال حاضر انتشار CO2 به میزان قابل توجهی نسبت به مسیر کوره بلند تولید می کند و فناوری DRI که حدود 100 درصد هیدروژن سبز را به عنوان عامل کاهنده ساخته شده است به عنوان یک مسیر پیشرو برای کربن زدایی بخش فولاد در نظر گرفته می شود. پروانه‌دهنده‌های پیشرو فرآیند، پیکربندی‌های کارخانه‌ای را توسعه داده‌اند که می‌توانند به‌طور انعطاف‌پذیر بین گاز طبیعی، هیدروژن و گاز سنتز به عنوان احیاکننده جابجا شوند و درب را برای انتقال کامل به کاهش مبتنی بر هیدروژن بدون بازسازی خود کوره محوری باز نگه می‌دارند.

انعطاف پذیری مقیاس کارخانه مزیت دوم مسیر DRI است. در حالی که یک ترکیب کوره بلند و کوره اکسیژن پایه معمولاً برای اقتصادی ماندن به خروجی سالانه نزدیک به 2 میلیون تن نیاز دارد، یک کارخانه DRI همراه با یک کوره قوس الکتریکی می تواند از حداقل 0.5 میلیون تن در سال شروع به کار کند. این امر صنعت DRI را به ویژه برای مناطقی با منابع سنگ آهن پراکنده یا عرضه گاز طبیعی و هیدروژن محدود عملی می‌کند و از کارخانه‌های فولادسازی کوچک در مقیاس سرمایه بسیار کمتر پشتیبانی می‌کند.

سوالات متداول

چه موادی معمولا برای تولید لوله های اصلاح کننده DRI استفاده می شود

لوله‌های اصلاح‌کننده DRI معمولاً از آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت نیکل-کروم بالا مانند گریدهای HP و HK با استفاده از فناوری ریخته‌گری گریز از مرکز ساخته می‌شوند که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا دمای عملیاتی بالای 900 درجه سانتی‌گراد و فشار داخلی گاز پایدار را تحمل کنند.

چه چیزی یک کوره DRI را از یک بخاری معمولی متمایز می کند

کوره DRI یک راکتور محوری است که به طور خاص برای احیای مستقیم سنگ آهن ساخته شده است که توسط تماس گاز و جامد ضد جریان، سیستم آب بندی دینامیک و پوشش نسوز تعریف می شود. این به طور اساسی با یک بخاری معمولی در اصل فرآیند و طراحی ساختاری متفاوت است.

ترکیب معمولی کاهش گاز در فرآیندهای DRI مبتنی بر گاز چیست؟

کاهش گاز در فرآیندهای DRI مبتنی بر گاز معمولاً شامل حدود 55 درصد هیدروژن و 36 درصد مونوکسید کربن، با نسبت H2 به CO نزدیک به 1.5 است که از طریق اصلاح کاتالیزوری گاز طبیعی در داخل لوله‌های اصلاح‌کننده ایجاد می‌شود.

اشکال اصلی محصول DRI چیست؟

DRI به سه شکل اصلی DRI سرد، DRI داغ و آهن بریکت شده گرم تولید می شود. آهن بریکت داغ با فشرده سازی DRI داغ به بریکت های متراکم برای ذخیره سازی و حمل و نقل ایمن تر ساخته می شود.

عمر معمولی یک Reformer Tube چقدر است

در شرایط عملیاتی معمولی، یک لوله اصلاح کننده معمولاً حدود 8 تا 12 سال دوام می آورد که بستگی به دمای کار، نوسان فشار، فرکانس تعویض کاتالیزور و درجه آلیاژ خاص مورد استفاده دارد.

فرآیند DRI در مقایسه با فولادسازی کوره بلند چه مزایای زیست محیطی را ارائه می دهد

فرآیند DRI تقریباً نیمی از انرژی مسیر کوره بلند را مصرف می کند و انتشار CO2 به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. هنگامی که با 100 درصد هیدروژن به عنوان عامل کاهنده جفت می شود، انتشار کربن نزدیک به صفر قابل دستیابی است و آن را به مسیر اصلی برای کربن زدایی صنعت فولاد تبدیل می کند.