•   کوره بلند چیست؟

در گذشته انسان ها برای تولید محصولات فلزی و رفع نیاز خود بیشتر از فلزاتی مانند سرب و قلع استفاده می کردند. دمای ذوب این فلزات نسبت به آهن پایین تر می باشد که با سوزاندن چوب به دمای مورد نظر می رسیدند. با گذشت زمان و نیازمند شدن بشر به استفاده از فلزاتی به مراتب بهتر کوره بلند ابداع گردید. کوره بلند یکی از دو روش اساسی و قدیمی برای تولید آهن خام در دنیا است. در ایران نیز تولید آهن اسفنجی به وسیله کوره بلند بسیار مرسوم است، ذوب آهن اصفهان اولین تولید کننده آهن خام با استفاده از این کوره میباشد. در این مقاله جهت آشنایی با کوره بلند به بررسی قسمت های مختلف کوره و واکنش های شیمیایی حین ذوب می پردازیم. آشنایی با کوره بلند مستلزم شناخت ساختمان کوره و نحوه ی عملکرد آن و محصول نهایی آن می باشد.

• ساختمان کوره بلند

کوره بلند از قسمت های مختلفی تشکیل شده است که در ادامه به معرفی بخش های مختلف آن می پردازیم.

• بدنه ی کوره

کوره بلند از دو مخروط ناقص تشکیل شده است که از قسمت قاعده بزرگ تر باهم مشترک هستند. بدنه اصلی کوره از صفحات فولادی و با لایه ای از مواد نسوز از فضای داخلی کوره فاصله گرفته است. ارتفاع کوره بلند 10 الی 30 متر و قطر آن در بزرگ ترین ناحیه بین 7 الی 14 متر می باشد.

• دودکش

 محل خروج هوای داغ و گاز های حاصل از احتراق می باشد که برای افزایش راندمان کوره از این هوای داغ استفاده می شود. هوای داغ خارج شده از کوره به وسیله ی سیستم های تعبیه شده در کنار کوره وارد نازل های دمش هوا می شود.

• محل شارژ کردن کوره

 شارژ کوره بلند از قسمت بالای کوره وارد کوره می شود که به صورت مدام به کوره اضافه می شود. شارژ کوره بلند می تواند مواد بازیافتی، ضایعات و یا لایه هایی از کنسانتره سنگ آهن و کک باشد.

• قسمت تحتانی کوره

با افزایش دما شارژ موجود در کوره شروع به ذوب شدن و حرکت به سمت تحتانی کوره می کند. در پایین ترین قسمت کوره مذاب متشکل از آهن خام و سرباره ایجاد شده است و پس از آن وارد پاتیل های حمل ذوب می شود. قبل از حمل مذاب جهت ریختگری، سرباره از مذاب جدا می شود تا از ورود مواد اضافی به محصول نهایی جلوگیری شود.

• عملیات احیا

عملیات ذوب و احیا سنگ آهن در داخل کوره بلند در چهار ناحیه انجام می شود که به معرفی هر بخش می پردازیم.

• منطقه ی خشک کردن

قسمت فوقانی کوره بلند به دلیل عبور هوای داغ دمایی در حدود 300 درجه سانتیگراد دارد. این دما باعث تبخیر شدن رطوبت محصولات و پیشگرم شدن آنها شده که باعث افزایش راندمان می شود.

• منطقه احیاء (احیای غیر مستقیم) 

در این ناحیه با افزایش دما، کک و سایر مواد سیال شروع به تاثیر گذاشته و گاز منواکسید کربن متصاعد می شود. از طریق احتراق ناقص کک گاز منواکسید کربن متصاعد می شود که بر روی اکسید آهن اقر گذاشته و باعث احیای آن می شود. در این ناحیه از کوره بلند اشکال مختلف اکسید آهن در واکنش با گاز منو اکسید کربن به یکدیگر تبدیل می شوند. این اشکال به ترتیب Feo، Fe3o4، Fe2o3 و در نهایت آهن خام (Fe) تشکیل می شود. 

• منطقه ی کربنیزه کردن

دما در این ناحیه از کوره بلند در حدود 1000 درجه سانیتگراد می باشد. آهن تشکیل شده از احیای سنگ آهن با رسیدن به قسمت های تحتانی کوره با کک گداخته برخورد می کند. این برخورد باعث ترکیب شدن با کربن میشود همچنین در این مرحله عناصری مانند سیلیسیم، گوگرد، منگنز و فسفر به همراه آهن حرکت می کنند.

• منطقه ی ذوب (احیای مستقیم)

در این مرحله محصولات ذوب شده به سمت پایین کوره حرکت می کنند. در مراحل قبلی اکسید آهن فرصت کافی برای احیا کامل ندارد، باقی مانده اکسید آهن با کربن جامد احیا می شود. درجه حرارت در این ناحیه در محدوده ی 1200 تا 1400 درجه سانتیگراد می باشد، فعل و انفعالات انجام شده به شرح زیر می باشد.

۲C + O2 = 2CO

واکنش‌های این مراحل عبارت‌اند از:

Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO

CaCO3 = CaO + CO2

Fe3O4  در ناحیه پایین‌تر کوره که دمای بالاتری دارد به FeO تبدیل می‌شود.

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2

در گرم ترین قسمت کوره، آهن خام تشکیل می شود که واکنش انجام شده به شرح زیر می باشد.

FeO + CO = Fe + O2

درنهایت منواکسید کربن و نیتروژن موجود در هوای دمیده شده (که گازی بی‌اثر در فرآیند است) به ‌صورت مخلوط گازی از بالای کوره خارج می‌شود.

• محصول کوره بلند چیست؟

محصول نهایی آهن خام با درصد کربن 3 الی 4 درصد می باشد که نقطه ذوب آن در حدود 1400 درجه سانتیگراد می باشد. به دلیل وجود ناخالصی در محصول نهایی نمی توان از آن در صنعت به صورت مستقیم استفاده کرد. از این محصول در تولید فولاد در مراحل بعدی استفاده می شود که تبدیل به شمش، تیرآهن، میلگرد و سایر محصولاتی فولادی می شود.