سنگ آهک در مصرف فولاد
سنگ آهک در صنعت فولاد
سنگ آهک سنگی است با منشاء رسوبی، ترکیب شیمیایی CaCO3، درجه سختی 3 و وزن مخصوص 2/7 گرم بر سانتیمتر مکعب (در شرایطی که هیچگونه درز و شکاف و خلل و فرجی در آن وجود نداشته باشد.) از نظر کارخانجات تولید کننده آهک، سنگ آهک یک واژه عمومی برای آن دسته از سنگهایی است که حاوی حداقل 80 درصد کربنات های کلسیم و منیزیم باشد و عمل بعد از تکلیس به آهک زنده تبدیل شده و بر اثر افزایش آب به آهک مرده تبدیل می شوند. به طور کلی واژه سنگ آهک فقط در مورد آن دسته از سنگهایی به کار می رود که ذرات کربناته آن نسبت به اجزای تشکیل دهنده غیرکربناته بیشتر باشد. برای مثال اگر دانه های کوارتز تخریبی (در اندازه ماسه) بیش از 50 درصد سنگ را تشکیل دهد واژه سنگ آهکی برای نامگذاری آن مناسب تر خواهد بود. به خارج ساختنCo2 از سنگ آهک عمل تکلیس گفته می شود، محصول این عمل که از حرارت دادن سنگ آهک در دمای 1200 درجه سانتیگراد به دست می آید را آهک زنده (CaO) می نامند، در مقابل افزودن آب به سنگ آهک موجب کاهش خواص متعدد سنگ آهک شده و آن را آهک مرده می نامند. میزان تولید سنگ آهک در جهان بالغ بر 1000 میلیون تن است و عمدتاً به مصرف صنایع متالوژی رسانده می شود. از کل تولید داخلی سنگ آهک کمتر از 33 میلیون تن آن در صنایع متالوژی و حدود نیمی از آن در واحدهای فولادسازی کشور به مصرف می رسد. موارد مصرف آهک در صنایع بسیار متنوع و گوناگون است. عمده ترین مصرف آهک در صنایع ذوب فلزات، شیمیایی، ساختمانی و کشاورزی گزارش شده است. آهک بر حسب نوع مصرف در صنایع گوناگون به صورت سنگ آهک دانه بندی شده، آهک زنده (آهک پخته) و آهک شکفت به بازار عرضه می شود. سنگ آهک در صنایع تولید آهن و فولاد به عنوان گدازآور و برای حذف ناخالصی ها به کار برده می شود. همچنین آهک به صورت آهک نپختــه، و شیر آهک برای تولید گنــدله و آگلومره مصرف می گردد.
یکی از روشهای تولید گندله اضافه کردن مواد افزودنی شامل بنتونیت و سنگ آهک است. در اینصورت گندله تولیدی دارای خواص اسیدی است که لازم است در مرحله تولید فولاد برای خنثی سازی خاصیت اسیدی بنتونیت و تنظیم اندیس قلیایی سرباره به مصرف آهک پخته بیشتری نیاز خواهد بود. در صورت مصرف شیرآهک به جای بنتونیت برای تولید گندله به دلیل سطوح ویژه زیاد شیر آهک، سطوح ویژه مخلوط بالا رفته و سبب بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی گندله خام و پخته می شود. در این صورت مصرف کل آهک برای تولید فولاد کاهش یافته و میزان مصرف انرژی در کوره قوس الکتریکی کمتر خواهد شد. سنگ آهک در محیط های خنثی پایدار است و تغییر نمی کند ولی به آسانی توسط اسیدها خورده شده و گاز کربنیک آزاد می کند. در محیط های قلیایی سنگ آهک پایدار بوده و وارد واکنش نمی شود. با وجود آنکه واکنش شیمیایی تکلیس بسیار ساده و آسان به نظر می رسد ولی در عمل عوامل بسیاری در این واکنش موثر بوده و از پیچیدگی خاصی برخوردار است. عوامل اصلی در تکلیس سنگ آهک عبارتند از:
- گرم کردن سنگ آهک تا دمای تفکیک
- نگهداری سنگ آهک در این دما تا مدت زمان لازم
- خارج ساختن ملکول های گاز کربنیک تولید شده از محیط واکنش
آغاز تکلیس را می توان تحت شرایطی مانند تکلیس در فشارهای کمتر از یک اتمسفر و در دمای کمتر از درجه حرارت انجام داد. ولی در هر حال سرعت واکنش در دمای آغاز تفکیک بسیار پایین بوده و به منظور افزایش سرعت واکنش باید درجه حرارت را از حد کامل شدن تکلیس نیز بالاتر برد. اگر دمای عملی تکلیس بسیار بالا باشد (بالاتر از حدود 1400 درجه سانتیگراد)، آهک حاصل متراکم می گردد و می تواند تا حدود 25 الی 40 درصد از حجم اولیه آهک را کاهش دهد. تراکم آهک باعث کاهش شدید خاصیت ترکیب شیمیایی آن شده و آن را برای اکثر مصارف نامطلوب می سازد. حالت متعادل و مطلوب برای مصارف آهک آن است که سنگ آهک به طور کامل تکلیس شود و آهک حاصل به اندازه کافی نرم و متخلخل باشد. این امر برای آهک مصرفی در صنایع متالورژی و به خصوص تولید آهن و فولاد لازم است. زمان تکلیس نیز شرایط مشابه با دمـای تکلیس دارد و اگر مدت آن از حـد معینی تجـاوز کند، این امر منجر به تشکیل آهک متراکم با خواص نامطلوب می شود، لذا لازم است که دما و زمان به دقت در جریان تکلیس کنترل شوند. در جریان تکلیس باید شرایط لازم برای خروج گاز کربنیک تولیدی فراهم باشد. در غیر اینصورت گاز کربنیک می تواند با آهک در لایه های سطحی وارد واکنش شده و مجددا تولید کربنات کلسیم کند و بدین ترتیب کاهش مرغوبیت محصول را باعث شود. کوره تکلیس باید طوری طراحی شود که خروج گاز کربنیک حاصل از آن به آسانی انجام شود.
خاصیت تکلیس سنگ آهک بستگی به بلورهای تشکیل دهنده و نوع آنها دارد. هر قدر این بلورها درشت تر باشند، عمل تکلیس مشکلتر است. در بعضی از انواع سنگ آهک که بلورها بسیار درشت و به صورت کلسیت هستند عملا تکلیس مشکلتر است. در بعضی از انواع سنگ آهک که بلورها بسیار درشت و به صورت کلسیت هستند عملا تکلیس کامل سنگ غیرممکن می باشد. عامل دیگری که در تکلیس اهمیت دارد یکنواخت بودن ابعاد سنگ آهک می باشد. هر قدر دانه های سنگ آهک یکنواخت تر و اختلاف ابعاد ذرات کوچکتر باشند، عمل تکلیس منجر به تولید محصول مرغوب تر با خواص فیزیکی و شیمیایی یکنواخت تر خواهد شد. اگر اختلاف ابعاد ذرات سنگ آهک زیاد باشد در جریان تکلیس ذرات ریز سریعتر تفکیک شده و آهک حاصل به علت قرار گرفتن به مدت طولانی در دمای بالا متراکم تر شده و در نتیجه محصول حاصل خواص شیمیایی یکنواختی نخواهد داشت و بدین ترتیب اهمیت دانه بندی سنگ آهک برای مصارف متالوژی بسیار مهم است. زمان و دما دو عامل اصلی در جریان تکلیس هستنـد که با یکدیگـر نسبـت معکـوس دارنـد. افزایش یکی باعث کاهش دیگـری می شود. از نظر اقتصادی به نظر می رسد بالا بردن دمای تکلیس جهت کوتاهتر کردن زمان در اکثر موارد بیشتر مقرون به صرفه باشد ولی در عمل چنین نمی باشد. وجود ناخالصی ها به خصوص سیلیس و آلومین در جریان تکلیس نامطلوب می باشد. این ناخالصـی ها در جریــان تکلیس با آهک ترکیب شده و انــواع سیلیـکات ها، آلومینــات ها و فریت ها را تشکیل می دهند. اکثر این واکنش ها در دماهــای بالا انجام می شوند. لذا در سنگ های آهک تکلیس شده در دمای پایین (حدود 1000 درجه سانتیگراد) عملا این ناخالصی ها وارد واکنش شیمیایی نشده و به صورت اولیه و غیرترکیبی خود باقی می مانند.
وزن آهک تولیدی از تکلیس سنگ آهک حدود نصف وزن سنگ آهک اولیه است و لذا برای تولید هر تن آهک باید حدود دو تن سنگ آهک در نظر گرفت. انرژی مصرفی برای تکلیس هر کیلوگرم سنگ آهک به طور نظری 406/7 کیلوکالری می باشد. این مقدار انرژی برای تکلیس در 850 سانتیگراد محاسبه شده است. در صورتی که عملا تکلیس در دمای بالاتر انجام می گیرد (در بعضی از موارد برای تولید آهک متراکم دمای تکلیس حدود 1600 درجه سانتیگراد است) در نتیجه با توجه به بازدهی حرارتی، مصرف انرژی بالاتر بوده و تا 1200 کیلوکالری به ازای هر کیلوگرم سنگ آهک می رسد. در انتخـاب روش تکلیس عوامل متعـددی دخـالت دارنـد که بعضـی از آنهـا به قـرار زیـر می باشند:
- مشخصات فیزیکی سنگ آهک از نظر ابعاد و غیره.
- مصرف سوخت
- سرمایه گذاری
- نیاز بازار به انواع آهک
- آلودگی محیط زیست
