تفاوت روش های آلیس چالمرز و لورگی در گندله سازی

عمده­ ترین روش­های گندله­ سازی حال حاضر جهان، تکنولوژی­ های گندله­ سازی آلیس چالمرز و تکنولوژی لورگی است. تفاوت این دو روش در نحوه پخت و نوع کوره­ های پخت این دو تکنولوژی می­ باشد.

در این یادداشت، مهندس مهدی پروان مدیر برنامه ریزی و توسعه شرکت صنعتی و معدنی توسعه فراگیر سناباد(سیمیدکو) به تشریح تفاوت روش های مذکور پرداخته است.

 

از لحاظ فرایندی مرحله اول و دوم گندله سازی در این دو تکنولوژی یکسان بوده و تفاوت دو روش آلیس چالمرز و لورگی در نحوه پخت متفاوت و نوع کوره های پخت این دو تکنولوژی می باشد.

 

در روش آلیس چالمرز که با الهام از کوره های  طراحی  شده در صنایع سیمان می باشد ، پخت گندله در سیستم گریت- کوره دوار در چهار مرحله خشک شدن، پیش گرمایش، پخت، خنک کن صورت می گیرد.

 

در روش لورگی، گندله‌ها در کوره پخت روی هم قرار گرفته و حرکت داده می‌شوند که با عبور هوا از درون بستر گندله در مناطق مختلف دمش، مکش، پیش گرمایش، پخت و خنک کن عملیات سخت کردن به ‌انجام می‌رسد.

 

در مقایسه ای که از لحاظ فنی و اقتصادی بین این دو روش صورت گرفته است مهمترین تفاوت های این دو روش مورد بررسی قرار گرفته است.

 

حداکثر ظرفیت نصب شده:در حال حاضر ظرفیت پلنتهای نصب شده در جهان برای تکنولوژی آلیس چالمرز ۶ میلیون تن در سال توسط کوبه استیل در بحرین و پلنت ۹٫۲۵ میلیون تن در سال سامارکو ۴ در برزیل با تکنولوژی لورگی می باشد.

محدوده ظرفیت های تولید:پلنتهای لورگی محدوده وسیعی از ظرفیت های تولید از ظرفیت های پایین شامل ۱ تا ۱٫۲ میلیون تن ، ۲٫۵ تا ۳ میلیون تنی، ۵ میلیون تن و بیشتر از ۵ میلیون تنی را شامل می شود. در تکنولوژی آلیس چالمرز پلنت ها با ظرفیت ۱٫۲ میلیون تنی ۲٫۵ و ۳٫۴ میلیون تن و ۶میلیون تنی موجود می باشد.

۳ . ظرفیت جهانی تولید: ظرفیت جهانی تولید در پلنتهای آلیس چالمرز تاکنون ۱۳۸٫۴ میلیون تن و برای تکنولوژی لورگی ۳۶۰ میلیون تن بوده است.

 

مکان پلنتها:در دهه های اخیر بیشترین احداث پلنتهای آلیس چالمرز در چین صورت گرفته است. ظرفیت پلنتهای احداث شده در چین با این روش عموما پایین بوده و در جهت افزایش حجم تولید گندله در چین صورت گرفته است. در تکنولوژی لورگی توزیع پلنتهای احداث شده یکنواخت تر بوده و بیشتر در محدوده آمریکا و آسیا گسترده شده است.

ظرفیت پلنتهای در حال تولید در ایران:تنها پلنت موجود در حال کار در ایران به روش آلیس چالمرز پلنت ۳٫۴ میلیون تنی اردکان بوده اما در حال حاضر سه پلنت در حال کار به روش لورگی در ایران وجود دارد که شامل پلنتهای مبارکه خوزستان و گل گهر با ظرفیت تولید ۱۷٫۵ میلیون تن در سال می باشد.

CAPEX:میزان Capex برای پلنتهای آلیس چالمرز با تکنولوژی اروپایی بالاتر از پلنتهای لورگی با همان ظرفیت می باشد.

کل زمان عملیات پخت:زمان عملیات پخت در پلنت های آلیس چالمرز بالاتر بوده و بسته به طراحی به طور تقریبی تا ۷۰ دقیقه و برای پلنت لورگی زمان پخت تقریبی حدود ۴۰ دقیقه خواهد بود.

نحوه انتقال حرارت:نحوه انتقال حرارت در این دو تکنولوژی با هم متفاوت می باشد. در تکنولوژی آلیس چالمرز بیشتر انتقال حرارت به روش تشعشعی انجام گرفته و نقش کانوکشن و جریان های همرفتی در انتقال حرارت ناچیز می باشد. انتقال حرارت در پلنتهای لورگی به روش همرفت و کانوکشن صورت گرفته و نقش تشعش در آن ناچیز می باشد.

پروفایل حرارتی:در تکنووژی لورگی بسته به مواد اولیه ورودی امکان تنظیم پروفایل حرارتی و تغییر آن برای کنترل فرایند پخت در داخل کوره با استفاده از مشعل ها و کنترل دماهای نواحی داخل کوره وجود دارد. در رابطه با تکنولوژی آلیس چالمرز به دلیل تک مشعلی بودن روتاری کیلن و انجام عملیاتFiring در این ناحیه امکان تغییر پروفایل حرارتی وجود ندارد.

مقدارFeO: در تکنولوژی لورگی مقدار FeO باقیمانده در محصول کمتر بوده اما در تکنولوژی آلیس چالمرز مقدار FeO محصول بیشتر است.

احتراق گوگرد:در تکنولوژی لورگی مقدار گوگرد باقیمانده در مرحله پخت ناچیز بوده اما در تکنولوژی آلیس چالمرز مقدار از گوگرد در مرحله خنک کن وارد شده و واکنش در آنجا ادامه می یابد.

تعداد فن های فرایندی:فن های فرایندی در تکنولوژی آلیس چالمرز ۸ عدد و در تکنولوژی لورگی ۵-۶ عدد میباشد.

ارتفاع سالن پخت:ارتفاع سالن پخت در تکنولوژی آلیس چالمرز بیش از لورگی می باشد.

تعداد مشعل ها:در فرایند آلیس چالمرز یک مشعل در روتاری کیلن وجود دارد در حالیکه در فرایند لورگی تعداد مشعل ها زیاد و حدود ۳۴ تا ۳۶ مشعل است که نیاز به

تعمیرات و نگهداری بیشتری خواهد داشت.

درصد تولید نرمه:به دلیل تعداد نقاط ریزش و نحوه حرکت مواد در روتاری کیلن میزان تولید نرمه در تکنولوژی آلیس چالمرز بالا بوده و حدود ۷-۸ درصد می باشد در حالیکه این مقدار در تکنولوژی لورگی حدود ۳ درصد است.

نحوه حرکت مواد در کوره:در قسمت اول تکنولوژی آلیس چالمرز مواد بر روی گریت ثابت بوده و در آلیس چالمرز در قسمت روتاری کیلن حرکتی غلطشی دارند. در لورگی مواد بر روی تراولینگ گریت ثابت و بدون حرکت می باشند.

تشکیل غبار:مقدار غبار ایجاد شده در فرایند آلیس چالمرز بیشتر می باشد. این امر به دلیل تعداد نقاط ریزش بیشتر و حرکت غلطشی در داخل روتاری کیلن می باشد که موجب ایجاد نرمه بیشتر و تشکیل غبار بیشتر در این تکنولوژی است.

مزیت نوع حرکت مواد:در تکنولوژی آلیس چالمرز حرکت مواد باعث انتقال حرارت بهتر و پخت یکنواخت تر گندله ها میشود در حالیکه در تکنولوژی لورگی به دلیل ثابت بودن حرکت مواد انتقال حرارت در لایه های مختلف بستر جامد متفاوت بوده و این امر بر میزان پخت گندله در لایه های مختلف تاثیر می گذارد.

گرید گندله های تولیدی:گندله های تولیدی در هر دو تکنولوژی برای استفاده در فرایند احیا مستقیم و کوره بلند مناسبند. البته باید به این مساله توجه داشت که در رابطه با تکنولوژی آلیس چالمرز به دلیل سطح صافتر و پخت بیشتر مسیرهای عبور گاز در گندله تا حدی بسته شده و میزان نفوذ پذیری گندله ها کاهش می یابد این امر باعث کاهش امکان نفوذ گاز در فرایند احیا مستقیم به داخل گندله شده و احیا پذیری گندله کاهش می یابد.

ارتفاع بستر جامد:در تکنولوژی لورگی ارتفاع بستر جامد بیشتر است. این ارتفاع در تکنولوژی لورگی ۲۵-۳۸ سانتی متر به طور تقریبی بوده و در تکنولوژی آلیس چالمرز به طور تقریبی ۱۲-۲۳ سانتی متر می باشد.

سیکل حراتی:در آلیس چالمرز فرایند پخت در سه تجهیز مجزا صورت می گیرد.(گریت، روتاری کیلن، کولر) اما در لورگی مراحل پخت در یک تجهیز به نام تراولینگ گریتانجام می شود.

لایه محافظ:در تکنولوژی لورگی به دلیل استفاده از پلت کارها برای حرکت مواد در داخل کوره و امکان آسیب به پلت ها در دمای بالا ابتدا یک لایه محافظ بر روی پلت ها ریخته شده سپس گندله های خام بر روی این لایه قرار می گیرد در حالی که تکنولوژی آلیس چالمرز نیازی به این لایه محافظ ندارد.

تعمیرات و نگهداری:میزان تعمیرات و نگهداری در تکنولوژی آلیس چالمرز بیشتر از تکنولوژی لورگی می باشد. این امر در رابطه با فرسایش بخش گریت، تماس نسوزها با مواد در کیلن که موجب تشکیل چانک و فرسایش نسوزها می شود و عمر مفید نسوزها را به شدت کاهش می دهد و تعیرات احتمالی ناشی از خستگی رینگ کوره روتاری کیلن است. تعمیرات کیلن و نسوز چینی آن احتیاج به توقف و سرد کردن کوره دارد تا بتوان نسوز چینی مجدد انجام داد و این امر علاوه بر هزینه بالاتر تعمیرات بر مقدار در دسترس بودن پلنت تاثیر گذاشته و مقدار ساعت کاری پلنت در سال را کاهش می دهد. در تکنولوژی لورگی مواد اولیه با نسوزها تماس نداشته و مواد بر روی پلت کارها ریخته می شوند که امکان تعویض آنها در مدت کوتاه وجود دارد.

در دسترس بودن پلنت:در تکنولوژی لورگی به دلیل پایین بودن حجم تعمیرات زمان طولانی تری در دسترس است که این امر بر ساعات کاری در سال و مقدار تولید تاثیر می گذارد.

امکان ساخت تجهیزات در داخل:امکان ساخت برخی از تجهیزات از جمله دیسک های گندله سازی، سازه های فلزی، سیستم های غبارگیر و … برای هر دو تکنولوژی وجود دارد.

استفاده از بنتونیت:در تکنولوژی آلیس چالمرز به دلیل این که گندله ها باید در مراحل فرایند پخت استحکام بالاتری داشته باشند و استحکام میانی نیز از اهمیت برخوردار است تا میزان نرمه کمتری تولید شده و از شکست گندله ها جلوگیری شود به مقدار بنتونیت بیشتری نیاز می باشد.

امکان استفاده از بایندرهای ارگانیک:در هر دو تکنولوژی امکان استفاده از این بایندرها گزارش شده است.

نوع سوخت مورد استفاده:در تکنولوژی آلیس چالمرز امکان استفاده از سخت جامد مایع و گازی وجود دارد در حالی که در تکنولوژی لورگی تنها از سوخت مایع و گازی می توان بهره برد و امکان استفاده از سوخت جامد وجود ندارد.

تنوع در استفاده از سوخت:در تکنولوژی آلیس چالمرز تغییر سریع در نوع سوخت باعث تغییرات شدید حرارتی شده که بر کیفیت گندله های تولیدی تاثیر می گذارد اما بیشترین تاثیر آن بر شوک های حرارتی بوده که بر عمر نسوزهای کوره تاثیر می گذارد. در حالیکه در تکنولوژی لورگی شوک حرارتی به نسوزها وارد نمی شود.

۳۱٫ابعاد طولی: تکنولوژی آلیس چالمرز نسبت به تکنولوژی لورگی ابعاد طولی کمتری دارد.

 

توقف های ناگهانی:توقف ناگهانی در کوره کیلن امکانپذیر نبوده و این کوره می بایست به آهستگی سرد و تخلیه شود تا از هر نوع شوک حرارتی به کوره کیلن جلوگیری شود.در حالیکه در تکنولوژی لورگی امکان توقف ناگهانی کوره وجود دارد.

شروع مجدد:امکان شروع مجدد سریع در کوره کیلن وجود نداشته و به منظور جلوگیری از وارد آمدن شوک ناگهانی به کوره می بایست به گرم شود. در تکنولوژی لورگی امکان شروع مجدد سریع کوره وجود دارد.

مقدار برق مصرفی:مقدار برق مصرفی در تکنولوژی آلیس چالمرز کمتر از تکنولوژی لورگی می باشد. به عنوان نمونه در دو پلنت مشابه۲۵ کیلو وات ساعت بر تن در مقابل ۴۰ کیلو وات ساعت بر تن

مقدار آب مصرفی فرایند:مقدار آب مصرفی در تکنولوژی آلیس چالمرز بیشتر از تکنولوژی لورگی می باشد.

مقدار مصرف انرژی حرارتی:در تکنولوژی لورگی مقدار مصرف انرژی حرارتی کمتر از آلیس چالمرز است به عنوان مثال برای گندله های مگنتیتی ۷۱۰-۹۵۰ مگا ژول بر تن در مقابل ۸۱۰-۹۵۰ مگا ژول بر تن آلیس چالمرز

هزینه تولید:هزینه تولید گندله در روش لورگی کمتر از آلیس چالمرز می باشد. این امر به هزینه های تعمیرات بیشتر در فرایند آلیس چالمرز و مقدار انرژی حرارتی کمتر تولیدی، سینک های حرارتی فرایند و … برای تولید گندله وابسته است.

انعطاف پذیری استفاده از مواد اولیه:تکنولوژی آلیس چالمرز برای مگنتیت و مخلوطی ازمگنتیت و هماتیت ثابت شده است. در رابطه با هماتیت تعداد کمی پلنت با این تکنولوژی تست شده است در حالیکه تکنولوژی لورگی برای مگنتیت، هماتیت و مخلوطی از این دو ثابت شده است.

کیفیت گندله های تولیدی:گندله های تولیدی در روش آلیس چالمرز پخت یکنواخت تری نسبت به تکنولوژی لورگی داشته و به دلیل نقش تشعشع در پخت گندله ها پخت سطحی بهتری دارند میزان پخت گندله ها در عمق به دلیل نقش تشعشع در انتقال حرارت کمتر است. در حالیکه نقش کانوکشن در این نوع پخت ناچیز بوده و نحوه پخت داخل گندله ها و کیفیت آنها باید مورد مطالعه قرار گیرد.

استحکام فشاری سرد:در روش آلیس چالمرز استحکام فشاری سرد بیشتر از روش لورگی است.

امکان احیا پذیری:مقدار احیا پذیری گندله به مسیرهای عبور گاز در گندله و میزان تخلخل گندله بعد از پخت بستگی دارد. در حالیکه کیفیت سطحی گندله در فرایند آلیس چالمرز بهتر بوده و گندله ای با سطح صافتر و استحکام فشاری سرد بهتری تولید می کند در عین حال این امر مزیت احیا پذیر بودن گندله را نیز کاهش می دهد. در این فرایند مسیرهای عبور گاز تا حدی بسته شده و امکان نفوذ گاز به داخل گندله کاهش می یابد که این امر باعث کاهش احیا پذیری گندله های در فرایند آلیس چالمرز خواهد بود.

امکان خوشه ای شدن:به مواد افزودنی به گندله ها بستگی داشته و وابسته به تکنولوژی نیست.

ترکیب شیمیایی گندله تولیدی:به تکنولوژی بستگی نداشته و تنها در رابطه با میزان گوگرد وFeO باقیمانده تابع تکنولوژی می باشد

امکان استفاده از تجارب پلنتهای مشابه و خدمات مشاوره ای:با توجه به وجود سه پلنت لورگی در ایران امکان استفاده از تجارب پلنتهای مشابه بیشتر از آلیس چالمرز می باشد.

مقایسه تکنولوژی های آلیس چالمرز و لورگی نشان می دهد که در ظرفیت های بالا و خوراک های هماتیتی تکنولوژی لورگی بر تکنولوژی آلیس چالمرز ارجحیت دارد.

 

مهمترین مزیت های این روش ظرفیت های بالای اثبات شده، امکان استفاده برای خوراک های صد در صد هماتیتی، توزیع یکنواخت تر پلنتها در نقاط مختلف جهان، زمان پخت کمتر، امکان افزایش ظرفیت و تغییر در پروفایل حرارتی متناسب با بار ورودی، تولید نرمه کمتر، هزینه های تولید پایین تر، احیا پذیری بهتر گندله ها، امکان توقف و شروع ناگهانی، مقدار تعمیرات و نگهداری کمتر و در دسترس بودن بیشتر پلنت برای توزیع می باشد.

 

تکنولوژی آلیس چالمرز  با مصرف برق کمتر، کیفیت بالاتر گندله تولیدی و استحکام فشاری بهتر، در صورتی که کیفیت گندله در رابطه با استحکام معیار اساسی انتخاب باشد می تواند در ظرفیت های پایین جایگزین خوبی برای پلنتهای گندله سازی محسوب شود. به هر حال در انتخاب تکنولوژی مناسب برای فرایند گندله سازی ابتدا باید فاکتورهای با اهمیت بیشتر برای پلنت مورد نظر شناسایی و سپس با توجه به تاثیر هر یک از پارامترها و امتیاز دهی و برتری هر پارامتر در تکنولوژی های مورد بررسی نسبت به انتخاب تکنولوژی مناسب اقدام شود.