شبیه سازی فرایند سینترینگ با در نظر گرفتن مکانیزم های شیمیایی مبسوط

تولید آهن و آلیاژهای آن به ویژه فولاد به دلیل کاربرد گسترده ی آن همواره مورد توجه بوده و فرایندهای مربوط به آن، موضوع پژوهشی بسیاری از محققین بوده است. مهم ترین روش تولید فولاد خام جهان از مسیر کوره بلند می باشد. سینترسازی یک فرایند مهم و کلیدی در تولید آهن خام از طریق کوره بلند محسوب می شود به طوریکه بنا به تکنولوژی کوره بلند بین 50 تا 70 درصد از بار مواد آهن دار در کوره بلند را سینتر تشکیل می دهد. در این تحقیق یک مدل دو بعدی غیر دائم با در نظر گرفتن مکانیزم های شیمیایی مبسوط به منظور شبیه سازی فرایند سینترینگ سنگ آهن ارائه شده است. مکانیزم های شیمیایی شامل اکسیداسیون و گازی شدن کُک، تجزیه ی سنگ آهک، اکسیداسیون و احیای سنگ آهن، تبخیر و چگالش آب، ذوب و انجماد بستر، تجزیه ی کربنات ها و واکنش های همگون در فاز گاز می باشد. شبیه سازی فرایند با استفاده از روش های حجم محدود بر پایه ی فشار انجام شد. نتایج شبیه سازی ها برای یک پات سینترسازی نشان دهنده ی بهبود نتایج شبیه سازی ها با در نظر گرفتن مکانیزم های شیمیایی مبسوط می باشد. با استفاده از نتایج شبیه سازی ها و تغییرات دما و غلظت گونه ها در طول بستر، بستر سینترسازی به پنج ناحیه ی تقسیم شد. همچنین اثر پارامترهای موثر بر سینتیک واکنش های شیمیایی شامل اندازه ی ذرات کک، سرعت هوای ورودی، اندازه ی ذرات سنگ آهک و میزان کک در بار بستر بر کیفیت و مدت زمان فرایند سینترینگ مورد بررسی قرار گرفت. اثر پارامترهای سینتیکی بر روی جبهه ی احتراق در نقاط مختلف بستر به سادگی قابل پیش بینی نیست، به طوری که در برخی از نقاط بستر منجر به کاهش دمای جبهه ی احتراق و در برخی نقاط منجر به افزایش دمای آن می شوند. با افزایش اندازه ی ذرات کک کیفیت سینتر تولیدی کاهش می یابد و مدت زمان فرایند افزایش می یابد. کاهش بیش از حد اندازه ی ذرات سنگ آهک باعث کاهش میزان سنگ آهک تجزیه شده و کاهش کیفیت سینتر می شود. با افزایش سرعت هوای ورودی مدت زمان فرایند سینترینگ به طور محسوسی کاهش می یابد. تغییرات میزان کک در بار بستر می تواند بر روی مدت زمان فرایند چندان موثر نباشد ولی به طور قابل ملاحظه ای بر کیفیت سینتر تولیدی و مصرف کک اثر گذار است. در نهایت اثر جایگزینی کک با آنتراسیت به عنوان سوخت بر فرایند سینترسازی مورد بررسی قرار گرفت. جایگزینی کک با آنتراسیت می تواند کیفیت سینتر تولیدی را به طور قابل ملاحظه ای کاهش دهد ولی با کاهش اندازه ی آنتراسیت کیفیت سینتر تولیدی افزایش می یابد.