تحلیل و مدل سازی ترمودینامیکی کوره بلند به منظور افزایش راندمان

فرآیند کوره بلند، به عنوان اصلی ترین روش تولید آهن خام، به طور پیوسته در سراسر جهان در حال بهبود و پیشرفت است. در کوره بلند مواد خام آهن دار وارد شده و با سوختن کک به وسیله ی هوای دمیده شده به داخل، بخشی از این مواد خام احیا می شود. بزرگ ترین مشکل در استفاده از کوره های بلند، تأمین کک مصرفی آنها به علت گرانی این سوخت است. در ایران از کوره بلند برای تولید آهن بسیار استفاده می شود و کک تأمین شده ی آن با قیمت های نسبتاً زیادی از کشورهای دیگر وارد می شود. بنابراین باید به دنبال راه-هایی برای کاهش میزان مصرف کک در کوره بلند به ازای تولید مشخص بود. در پروژه ی حاضر، کارایی کوره بلند با استفاده از معادلات بقای جرم، انرژی و قابلیت کاردهی مدل سازی می شود که در صنایع آهن و فولاد قابل استفاده می باشد. برطبق این مدل سازی، کوره بلند به عنوان یک حجم کنترل با ورودی ها و خروجی های مشخص درنظر گرفته می شود. در این پروژه، شرایط کوره بلند به صورت پایدار و مستقل از زمان درنظر گرفته می شود. براساس روابط استفاده شده در مدل سازی یک برنامه ی ساده ی کامپیوتری ایجاد می گردد. براساس نتایج مدل و داده های استخراج شده از دفاتر گزارش روزانه و هفتگی کوره بلند شماره ی 3 ذوب آهن اصفهان مقایسه ای بین عملکرد واقعی این کوره بلند و پیش بینی های مدل صورت می گیرد. نرخ مصرف کک و هوای دم، براساس مقادیر مدل به ترتیب 16/3 درصد و 3/8 درصد پایین تر از مقادیر واقعی می باشند. راندمان قانون اول ترمودینامیک کوره بلند براساس پیش بینی های مدل 1/86 درصد به دست می آید. از برقراری تعادل انرژی نتایج مفیدی در رابطه با تأمین و مصرف انرژی حاصل می شود، اما از میزان حداکثر کار مفید کوره بلند اطلاعاتی به دست نمی آید. بنابراین باید تعادل قابلیت کاردهی را برقرار کرد. پس از برقراری این تعادل، راندمان قانون دوم ترمودینامیک کوره بلند میزان 92/48 درصد برآورد می شود. همچنین میزان بازگشت ناپذیری 08/51 درصد حاصل می شود که زیاد بودن این میزان بازگشت ناپذیری ناشی از وجود فرآیند احتراق در داخل کوره بلند است. نتایج به دست آمده از تحلیل یافته های مدل نشان می دهد، در صورت استفاده از کک با خاکستر کمتر، کاهش سیلیکون احیا شده، کاهش کربن و منگنز موجود در چدن خروجی ، افزایش دما و فشار هوای دم، افزایش حجم گاز طبیعی تزریق شده به داخل کوره بلند و کاهش حجم سرباره، میزان مصرف کک کاهش می یابد. همچنین با فشرده-سازی هوای دم می توان نرخ هوای دمیده شده به کوره بلند را کم کرد. در نتیجه ی این عملیات راندمان حرارتی کوره بلند افزایش می یابد.