مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

استفاده از نیمه کک به عنوان عامل احیا کننده در تولید فروآلیاژها

نوع مقاله : گزارش فنی

نویسندگان
چکیده
فروآلیاژها، ترکیباتی از آهن با عناصر دیگر می‌باشند که کاربردهای بسیاری در صنایع مختلف دارند. تولید فروآلیاژها معمولا در کوره‌های قوس الکتریکی و به روش کربوترمیک انجام می‌گیرد. در این روش احیای اکسیدهای فلزی توسط مواد کربنی مختلف انجام می‌شود که نوع ماده کربنی مورد استفاده می‌تواند روی نحوه انجام فرآیند و کیفیت محصول تاثیر بگذارد. از جمله مواد کربنی می‌توان به کک، نیمه کک، ذغالسنگ و ذغال چوب اشاره نمود که خصوصیات متنوع فیزیکی و شیمیایی دارند. کک متالورژیکی مرسوم ترین احیا کننده در تولید فروآلیاژهاست ولی به دلیل کمبود فزاینده آن، قیمت بالا و محتوای نسبتاً بالای ناخالصی‌های مضر، تولیدکنندگان دنبال گزینه‌های دیگری هستند. ذغال چوب خاکستر کمتری نسبت به بقیه مواد کربنی دارد ولی به دلیل مشکلات زیست محیطی، استفاده از آن مرسوم نیست. ذغال‌سنگ با بیشترین قدرت واکنش پذیری، به دلیل محتوای گوگرد بالا و استحکام فشاری پایین جزو گزینه‌های اصلی محسوب نمی‌شود. در این میان، نیمه کک که در دمای پایینتر نسبت به کک تهیه می‌شود به دلیل داشتن کربن ثابت بالا، مقاومت ویژه بالا، فعالیت شیمیایی بالا، محتوای خاکستر کم و گوگرد کم اخیرا در صنعت تولید فروآلیاژها بکار رفته است. نیمه کک سبب بهبود کیفیت فروآلیاژ، کاهش مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های تولید می‌شود. تاکنون نیمه کک در فرآیند تولید آهن و تولید فروآلیاژها بطور محدود استفاده شده است که نتایج آنها نشان از مزایای حضور نیمه کک دارد. لذا در این پژوهش به مواد کربنی مورد استفاده در تولید فروآلیاژها، مزایای نیمه کک و روش تولید نیمه کک پرداخته می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

 [1] Tangstad M, et al. Coal-based reducing agents in ferroalloys and silicon production, in New Trends in Coal Conversion. 2019: 405-438.
[2] Gangopadhyay M, et al. Alternative coke from inferior coal for ferro-alloy industry, Solid Fuel Chemistry. 2020; 54: 406-410.
[3] Derin B, Yucel O and Hack K, Thermochemical computations in carbothermic and metallothermic ferroalloy processes, in 12th International Ferroalloys Congress (ed. A. Vartianen). 2010.
[4] Zayakin O, Zhuchkov V and Afanasiev B, Study of carbothermic reduction processes in manufacture of high-carbon ferrochrome. in Proceeding of the 14th International Ferroalloys Congress: Energy Efficiency and Environmental Friendliness are the Future of the Global Ferroalloy Industry, INFACON 2015.
[5] Myrhaug E, Tuset J and Tveit H, Reaction mechanisms of charcoal and coke in the silicon process, in Proceedings: tenth international ferroalloys congress. 2004. [6] Gładysz J and Karbowniczek M, Carbon reducers for the processes of ferroalloy production in the electric furnace, Archives of Metallurgy and Materials. 2008; 53(2): 643-648.
[7] Pavlov A, et al. Research of reducing ability of carbon reductants for ferroalloy production by dilatometric method, in Proc 13th International Ferroalloys Congress, Efficient technologies in ferroalloy industry. 2013.
[8] Smith K.L, et al. The structure and reaction processes of coal. 1994: Springer Science & Business Media.
[9] Sahajwalla V, Dubikova M and Khanna R, Reductant characterization and selection: implications for ferroalloys processing. in Proceedings: Tenth International Ferroalloys Congress. 2004.
[10] Branch A.O.o.t.U.N.M.W.P, Simple technologies for charcoal making, Food & Agriculture Org. 1983; 41.
[11] Strakhov V, Alternative carbon reducing agents for ferroalloy production, Coke and Chemistry, 2009; 52(1): 19-22.
[12] Surup G.R, Trubetskaya A and Tangstad M, Charcoal as an alternative reductant in ferroalloy production: a review, Processes. 2020; 8(11): 1432.
[13] Sommerfeld M and Friedrich B, Replacing fossil carbon in the production of ferroalloys with a focus on bio-based carbon: a review, Minerals. 2021; 11(11): 1286.
[14] Tian Y, et al. Preparation and characterization of formed activated carbon from fine blue‐coke. International Journal of Energy Research. 2015; 39(13): 1800- 1806.
 [15] Wang H, et al. Research on the performance of modified blue coke in adsorbing hexavalent chromium, Scientific Reports. 2023; 13(1): 7223.
[16] Wei N, et al. Application characteristics and industrial development countermeasures of Shenmu Semi-coke. in IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. IOP Publishing.
[17] Zhu D, et al. Characterization of semi-coke generated by coal-based direct reduction process of siderite, Journal of Central South University. 2015; 22: 2914- 2921.
[18] Lartey-Young G and Ma L, Remediation with semicoke-preparation, characterization, and adsorption application, Materials. 2020; 13(19): 4334.
[19] Nartey O.D and Zhao B, Biochar preparation, characterization, and adsorptive capacity and its effect on bioavailability of contaminants: an overview, Advances in Materials Science and Engineering. 2014.
[20] Zhang L, et al. Study on the structural evolution of semi-chars and their solvent extracted materials during pyrolysis process of a Chinese low-rank coal, Fuel. 2018; 214: 363-368.
[21] Mu M, et al. Oxidation Characteristics of the Semicoke from the Retorting of Oil Shale and Wheat Straw Blends in Different Atmospheres, Oil Shale. 2019; 36(1).
[22] Zhao J.X, et al. New Process Development of SemiCoke Production with Low Metamorphic Degree Coal, in Advanced Materials Research. 2012. Trans Tech Publ.
 [23] Akshanashev S, Yakovlev E and Torokhova E, Production of coke and specialized coke for metallurgy in Kazakhstan, Steel in Translation. 2008; 38(11): 923-925.
[24] Starovoit A, and Koverya A, Evaluating the mechanical properties of laboratory coke on the basis of the expansion-pressure dynamics of coal and coal mixtures, Coke and Chemistry. 2008; 51(3): 88-92.
[25] Li X.H, et al. Semi-coke as solid heat carrier for low-temperature coal tar upgrading. Fuel Processing Technology. 2016; 143: 79-85.
[26] Milne T.A, Evans R.J and Abatzaglou N, Biomass gasifier’’Tars’’: their nature, formation, and conversion. 1998.
[27] Tang Q, et al. Utilization of semi-coke in iron making technologies in China, Metallurgical Research & Technology. 2017; 114(4): 403.
[28] You Y, et al. Numerical Study on Combustion Behavior of Semi-Coke in Blast Furnace Blowpipe-Tuyere-Combustion Zone. Metals. 2022; 12(8): 1272.
[29] Wang F. J, et al. Tar reforming using char as catalyst during pyrolysis and gasification of Shengli brown coal, Journal of analytical and applied pyrolysis. 2014; 105: 269-275.
[30] Etemadi A, Koohestani H and Tajally M, The effect of different carbon reductants on the production of ferrosilicon 75% on an industrial scale in an electric arc furnace, Heliyon. 2023; 9(3).