سفارش تبلیغ
صبا ویژن

شرکت خشکه و فولاد پایتخت

شرکت خشکه و فولاد پایتخت با مدیرت (جواد دلاکان)- فروش انواع فولاد آلیاژی در سراسر ایران

 

 

بررسی خواص فولاد Crofer 22APU پوشش داده شده با Co/y2O3 به روش آبکاری الکتریکی با جریان مستقیم

فولاد Crofer 22apu

فولاد زنگ نزن فریتی Crofer 22 APU به عنوان ماده ای مناسب. برای ساخت اتصال دهنده در پیل های سوختی اکسید جامد مورد استفاده قرار می گیرد. از مشکلات مهم این فولاد، افزایش مقاومت الکتریکی و تبخیر کروم از آن در دمای بالاست. به منظور رفع این مشکلات می توان از یک لایه پوشش محافظ روی آن استفاده کرد. در این پژوهش، از پوشش کامپوزیتی کبالت/اکسید ایتریم متشکل به روش آبکاری الکتریکی استفاده شد. سپس مقاومت به اکسیداسیون و مقاومت الکتریکی نمونه های پوشش دار و بدون پوشش مورد بررسی قرار گرفت.

به منظور بررسی اثر اکسیداسیون روی ریزساختار و ترکیب نمونه ها، از آنالیزهای میکروسکوپی الکترونی روبشی و پراش پرتو ایکس استفاده شد. نتایج نشان داد نرخ اکسیداسیون نمونه بدون پوشش پس از 500 ساعت اکسیداسیون در هوا. در 800 درجه سانتیگراد حدود چهار برابر نرخ اکسیداسیون نمونه پوشش دهی گردید. تشکیل ترکیبات اسپینلی Co3O4 و MnCo2O4 روی نمونه پوشش دار هدایت الکتریکی را بهبود داد. مقدار مقاومت ویژه سطحی نمونه پوشش دار و بدون پوشش بعد از 500 ساعت اکسیداسیون. به ترتیب برابر 15/8 و 25/9 میلی اهم بر سانتی متر مربع اندازه گیری شد.

فولاد Crofer 22apu

مقدمه

پیل سوختی اکسید جامد (SOFC) یک وسیله تبدیل انرژی است. که از طریق ترکیب الکتروشیمیایی یک سوخت و یک اکسیدان در امتداد یک الکترولیت اکسیدی هدایت کننده یونی، تولید الکتریسیته و گرما می کند. در کاربردهای عملی SOFC، تعداد زیادی از سلول های واحد نسبتاً کوچک به یکدیگر متصل می شوند. تا جریان الکتریسیته لازم را فراهم کنند. پیل های منفرد توسط یک جزء سازنده به نام اتصال دهنده بین سلولی به یکدیگر متصل می شوند. تا یک بدنه واحد را تشکیل دهند.

این اجزاء علاوه بر اتصال الکتریکی، به صورت یک سد فیزیکی مانع از هر گونه تماس بین اتمسفرهای احیایی و اکسیدی می شوند. اتصال دهنده ها باید دارای هدایت الکتریکی خوب. نفوذ ناپذیری عالی، انطباق ضریب انبساط حرارتی با الکترودها و الکترولیت. مقاومت به اکسیداسیون خوب، قیمت پایین و در عین حال شکل دهی و ساخت آسان باشند. با کاهش دمای کاری سیستم SOFC به 800 -600 درجه سانتی گراد مواد فلزی به عنوان مواد مناسبی برای ساخت اتصال دهنده مطرح شدند.

فولاد زنگ نزن فریتی از بیشترین پتانسیل برای کاربرد به عنوان مواد اتصال دهنده در SOFC برخوردارند. در بین فولادهای زنگ نزن فریتی، Crofer 22APU به دلیل تشکیل SOFC روی اکسید کروم. از ضخیم شدن پوسته اکسید کروم جلوگیری کرده و باعث بهبود خواص مانند افزایش مقاومت به اکسیداسیون و هدایت الکتریکی فولاد می شود. با وجود این، لایه اکسید اسپینل منگنز- کروم از رشد لایه اکسید کروم بطور کامل جلوگیری نخواهد کرد.

این امر باعث ایجاد دو مشکل مهم در سیستم SOFC می شود. 1-افزایش مقاومت الکتریکی 2-مهاجرت اجزای کروم دار اتصال دهنده از طریق لایه اکسیدی به سمت کاتد. که می تواند باعث تخریب کاتد و نیز کاهش میزان کروم آلیاژ اتصال دهنده شود. که هر دو این عوامل می توانند روی عملکرد پیل تأثیر منفی داشته باشند. به همین دلیل لازم است که از یک پوشش محافظ های استفاده شود.

پوشش های مورد استفاده برای اتصال دهنده های بین سلولی در SOFC به سه گروه عمده تقسیم می شوند. پوشش های اکسید اسپینل مانند 3O4(CoMn)، 3O4(Mn،Cr) و 3O4(Mn,Cu)، پوششهای پیروسکایت مانند MnO3(La,Sr)، C0O3(La,Sr) و CrO3(La,Sr) و پوشش های اکسید عناصر راکتیو. عناصر راکتیو شامل عناصری از قبیل هافنیم (Hf)، زیرکونیوم (Zr)، ایتریم (Y) و لانتانیم (La) هستند. که قابلیت بسیار بالایی برای ترکیب شدن با اکسیژن و تشکیل اکسید دارند. پیوند این عناصر با اکسیژن بسیار قوی است.

در بین پوشش های اعمالی روی اتصال دهنده های فلزی، کبالت که در دماهای بالا به اکسیدهای اسپینل آن تبدیل می شود. به عنوان یکی از قابل قبول ترین پوشش ها معروف است. با وجود این دستیابی به یک پوشش مؤثرتر با یک روش مناسب روی این اتصال دهنده ها. برای دستیابی به مقاومت به اکسیداسیون بالاتر و هدایت الکتریکی بهتر در مقایسه با اسپینل های کبالت ضروری است. یک روش مؤثر برای اعمال پوششی مطلوب تر، ترکیب اسپینل های کبالت با عناصر راکتیو در یک پوشش است. این روش در تحقیقات سایر محققین نتایج مطلوبی داشته است.

فولاد Crofer 22apu

فولاد Crofer 22apu

اکسید عناصر راکتیو نفوذ سربالایی کروم را آهسته کرده و چسبندگی پوسته اکسید کروم را افزایش می دهند. اما تبخیر اجزای کروم دار را کاهش نمی دهند. از طرفی اکسیدهای اسپینلی می توانند مقاومت الکتریکی و نیز تبخیر کروم را به طور موفقیت آمیزی کاهش دهند. روش های مختلفی برای رسوب کبالت روی اتصال دهنده های داخلی در سیستم SOFC مورد استفاده قرار گرفته است. در بین این روش ها آبکاری الکتریکی یک روش پوشش دهی ساده و ارزان است. یک مزیت مهم این روش فراگیر بودن آن است. به طور مثال با این روش می توان ذرات فاز ثانویه غیرهادی را به یک زمینه فلزی به صورت یک پوشش یکنواخت پیوند داد.

فولاد Crofer 22apu

2-مواد و روش تحقیق

در این تحقیق از فولاد زنگ نزن فریتی Crofer 22 APU ترکیب شیمیایی آن در جدول (1) آورده شده است. عنوان زیر لایه برای پوشش دهی به روش آبکاری الکتریکی با جریان مستقیم استفاده شد. از این فولاد قطعاتی به ابعاد 10×10×2 میلی متر تهیه شد. نمونه با کاغذ سنباده SiC تا شماره 2500 پولیش و در استون با دستگاه آلتراسونیک چربی گیری شدند. برای بالا بردن اکتیویته سطح و چسبندگی پوشش، نمونه ها به مدت دو دقیقه. در محلولی شامل پنج درصد وزنی اسید نیتریک و 25 درصد وزنی اسید کلریدریک قرار گرفتند.

سپس نمونه ها در الکترولیتی حاوی 90 گرم بر لیتر CoCl2.6H2O و 90 میلی لیتر بر لیتر HCl 37% آبکاری شدند. تا لایه نازکی از کبالت روی سطح نمونه ها تشکیل شود. این عملیات، لایه اکسید متشکل بر سطح فولاد را از بین می برد و باعث بهبود چسبندگی پوشش به سطح فولاد می شود. این نمونه ها به عنوان کاتد در نظر گیری شد. و از یک قطعه کبالت خاصل به ابعاد 5×20×20 میلی متر نیز به عنوان آند استفاده شد.

پوشش کامپوزیتی به وسیله دستگاه پتانسیواستات Sama500. با چگالی جریان 20 میلی آمپر، زمان 15 دقیقه و دمای 45 درجه سانتی گراد روی اتصال دهنده فولادی رسوب می دهند. فرآیند آبکاری در محلول واتس کبالت با ترکیب بهینه انجام شد. سوب دهی کبالت به روش آبکاری الکتریکی روی زیر لایه های مختلف و با استفاده از حمام های آبکاری متفاوتی انجام می شود. از جمله محلول هایی که برای آبکاری کبالت استفاده می شود. از جمله محلول هایی که برای آبکاری کبالت استفاده می شود.

می توان به محلول سیترات، محلول شامل تری اتیلین دی آمین و کلرید کبالت در 100 درصد هیدروکسید پتاسیم. محلول تیوسیانات کبالت دی دی متیل فرم آمید. کبالت در محلول آبی کلرید آمونیوم و محلول الکترولیت گلوکونات اشاره کرد. یکی از اولین محلول ها که برای رسوب دهی کبالت بکاری گیر شد.

توسط شخصی به نام واتس با ترکیب شیمیایی شامل: سولفات کبالت به عنوان ماده اصلی که حاوی یون های کبالت است. کلرید کبالت برای کمک به انحلال آند، کلرید سدیم برای بهبود هدایت یونی و اسید بیوریک به عنوان تنظیم کننده Ph است. این محلول برای آبکاری کبالت روی زیر لایه های فولادی استفاده می شود. و به حمام واتس کبالت معروف است. در جدول (2) ترکیب شیمیایی حمام آبکاری و شرایط عملکرد فرایند آبکاری نمایان و مشخص است. همه آزمایش ها در 100 میلی لیتر الکترولیت که با آب دیونیزه مهیا گردید، انجام شد. به منظور کنترل Ph از اسید سولفوریک و هیدروکسید آمونیوم استفاده شد.

بعد از آبکاری، نمونه های پوشش دار و بدون پوشش. به مدت 500 ساعت در دمای 800 درجه سانتی گراد تحت اکسیداسیون همدما و هوای ساکن قرار گرفتند. وزن نمونه ها قبل و بعد از آزمون توسط ترازوی دیجیتال با دقت 6-10 گرم اندازه گیری شد. برای اطمینان از نتایج، آزمون اکسیداسیون همزمان روی سه نمونه مشابه انجام شد. برای بررسی مورفولوژی سطح نمونه ها و ضخامت پوشش و لایه های اکسیدی از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM). و برای بررسی فازهای تشکیل شده در پوشش بعد از اکسیداسیون از الگوی پراش پرتو ایکس (XRD) استفاده شد.

آزمون چسبندگی به روش کراس کات برای تعیین میزان چسبندگی پوشش Co/Y2/O3 به زیر لایه فولادی انجام شد. این آزمون که روشی ساده و عملی برای ارزیابی چسبندگی سیستم های پوشش دهی تک و چند لایه است. طبق استاندارد ASTM D3359 (2017) صورت گرفت. ابتدا با ابزار برشی مناسب طرحی مشبک روی لایه پوششی تا رسیدن به زیر لایه ایجاد شد. و با برس در جهت قطری پنچ مرتبه روی برش های برش چسبانده و از روی سطح جدا شد. در نهایت ناحیه برش خورده با ذره بین نورانی تحت بررسی قرار گرفت.

فولاد Crofer 22apu

برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی ویژه سطحی (ASR) نمونه های پوشش دار و بدون پوشش. از سیستمی استفاده شد که شماتیک آن در شکل (1) نمایان و کاملاً مشخص می باشد. برای این آزمون، خمیز و مش نقره محصول شرکت Full Cell materials آمریکا. به مساحت یک سانتی متر مربع روی نمونه های پوشش دار و نمونه های بدون پوشش قرار داده شد. سپس نمونه ها توسط این خمیر و مش نقره به سیم هایی از جنس نقره متصل شدند. که این سیم ها نقش اتصال دهنده نمونه به دستگاه اتولب را بازی می کردند. نمونه ها پس از مهیا سازی سطح و اتصال به سیم ها در یک کوره الکتریکی قرارگیری شدند.

و سر دیگر سیم های متصل به نمونه ها به دستگاه اتولب مدل Autolab Pgstat 302 متصل شد. از نرم افزار Nova 1.6 برای اجرای برنامه کرونوپتانسیو متری استفاده شد. در این برنامه جریان ثابت است. برای انجام این آزمون از جریان ثابت 500 میلی آمپر استفاده شد. خروجی اتولب که توسط نرم افزار ثبت می شود. ولتاژ است. با داشتن ولتاژ و جریان، مقدار مقاومتبه وسیله قانون اهم (V/I) محاسبه شد. بدین ترتیب با داشتن سطح نمونه ها و مقدار مقاومت اهمی، مقدار مقاومت الکتریکی سطحی محاسبه شد. اندازه گیری مقاومت الکتریکی سطحی بر حسب دما (800-650 درجه سانتی گراد). و زمان (200 ساعت در دمای 800 درجه سانتی گراد) در هوای ساکن در کوره الکتریکی انجام شد.

فولاد Crofer 22apu

فولاد Crofer 22apu

3-نتایج و بحث

1-3- بررسی ریزساختار و ترکیب پوشش

شکل (2) تصویر میکروسکوپی الکترونی روبشی (شکل2-الف). و تحلیل طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس (EDS) (شکل 2-ب) پوشش ایجادی بر روی زیر لایه فولادی را نشان می دهد. همان گونه که در شکل (الف) مشاهده می شود. ذرات اکسید ایتریم به صورت یکنواخت و همگن در زمینه کبالت دچار پراکندگی شدند. پوشش اعمالی به طور کامل متراکم است و هیچگونه تخلخل و حفره ای در مقیاس بزرگ در آن نمایان و مشخص نیست.

تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح نمونه های پوشش داده شده. توسط نرم افزار آنالیز تصویر ImageJ مورد بررسی قرار گرفت. و میانگین اندازه ذرات تقویت کننده در سطح پوشش 2/25 میکرومتر تعیین شد. میانگین اندازه ذرات تقویت کننده تقریباً 1/5 میکرومتر است. (شکل 3) که حاکی از اگلومره شدن ذرات Y2O3 در طی فرآیند آبکاری الکتریکی است.

شکل (4) تصویر میکروسکوپی الکترونی روبشی (شکل 4- الف). و تحلیل طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس (شکل4-ب) از مقطع عرضی نمونه مورد پوشش با کامپوزیت Co/Y2O3 را نشان می دهد. پوشش ایجادی چسبندگی کاملی به زیر لایه داشت و هیچ گونه تخلخل و جدایشی بین پوشش و زیر لایه مشاهده نمی شود. ضخامت پوشش متشکل روی تمام سطح زیر لایه فولادی تقریباً یکنواخت و برابر هفت میکرومتر تعیین شد.

2-3- چسبندگی پوشش به زیر لایه

شکل (5) نتایج آزمون چسبندگی به روش کراس کات را نشان می دهد.

فولاد Crofer 22apu
فولاد Crofer 22apu

نمایش تصویر سطح نمونه پوششی با Co/Y2O3 پس از این آزمون حاکی از آن است. که چسبندگی این پوشش بر اساس رده بندی استاندارد در کلاس 3B قرار دارد. یعنی پوشش در امتداد لبه ها و یا در محل های تقاطع برش های جدا گردید.

فولاد Crofer 22apu

فولاد Crofer 22apu

و ناحیه جدا شده بیشتر از 5 درصد و کمتر از 15 درصد است. طبق استاندارد، این نتیجه به معنای این است که پوشش اعمالی چسبندگی مناسبی به زیر لایه فولادی دارد.

3-3- سینیتیک اکسیداسیون

به منظور مقایسه رفتار اکسیداسیون نمونه دارای پوشش و نمونه بدون پوشش. تغییرات وزن بر واحد سطح نمونه ها به عنوان تابعی از زمان اکسیداسیون اندازه گیری شد. هرچند استفاده از تغییر وزن برای تعیین مقاومت به اکسیداسیون آلیاژهای کروم دار در دماهای بالا. به دلیل تبخیر کروم، مقداری خطا را در تفسیر نتایج نشان می دهد. اما این نتایج بیشتر برای مقایسه رفتار اکسیداسیون نمونه ها استفاده می شوند. شکل (6-الف) تغییرات وزن ویژه و شکل (6-ب) مربع تغییرات وزن ویژه بر حسب زمان اکسیداسیون در 800 درجه سانتیگراد را نشان می دهد. بعد از 500 ساعت اکسیداسیون نمونه دارای پوشش تغییر وزنی برابر 0.45 میلی گرم. و نمونه بدون پوشش تغییر وزنی برابر 0.41 میلی گرم را از خود نشان می دهد.

با توجه به شکل (6-ب) می توان نتیجه گرفت که رفتار اکسیداسیونی این آلیاژ، هم به صورت پوشش دار. و هم به صورت بدون پوشش، با توجه به رابطه (1) از قانون سینیتیک پارابولیک پیروی می کند. زیرا بر طبق تئوری واگنر اگر نمودار مربع تغییرات وزن بر حسب دما یک خط راست باشد. نفوذ عناصر در لایه اکسیدی و یا پوشش، آهسته ترین فرایندی که نرخ اکسیداسیون را کنترل می کند. و تغییر وزن ماده مورد نظر از قانون پارابولیک تبعیت می کند.

که در آن δm تغییر وزن نمونه ها، A مساحت سطح نمونه ها، Kp ثابت نرخ پارابولیک،t زمان و C ثابت انتگرال است. که شروع سینیتیک پارابولیک را نشان می دهد. در اینجا دلیل رفتار پارابولیک نمونه های بدون پوشش و نمونه های دارای پوشش این است. که رشد لایه اکسید کروم متشکل روی نمونه ها از قانون پارابولیک تبعیت می کند.

مقادیر ثابت اکسیداسیون نمونه بدون پوشش از صفر تا 60 ساعت اکسیداسیون. برابر 5×13-10=Kp و از 50 تا 500 ساعت اکسیداسیون برابر 3×13-10=Kp است. نرخ اکسیداسیون بالاتر اولیه مربوطه به تشکیل پوسته اکسید کروم روی فولاد است. و پس از 50 ساعت اکسیداسیون با تشکیل پوسته اکسیدی نرخ اکسیداسیون کاهش می یابد. نرخ اکسیداسیون نمونه دارای پوشش هم در 100 ساعت ابتدایی اکسیداسیون بالاست (3×13-16=Kp).

دلیل این امر اکسیداسیون سریع کبالت است. که منجر به تشکیل اکسیدهای اسپینلی کبالت می شود. دلیل دیگری که می توان برای افزایش وزن بالای اولیه نمونه دارای پوشش با Co/Y2O3 (100 ساعت ابتدایی آزمون اکسیداسیون) ذکر کرد. اکسیداسیون همزمان پوشش و زیر لایه است. بعد این افزایش وزن سریع اولیه، مقدار افزایش وزن این نمونه با زمان اکسیداسیون به شدت کاهش می یابد. که دلیل این امر ایجاد یک لایه محافظ اکسیدی طی 100 ساعت ابتدایی فرآیند اکسیداسیون است.

با مقایسه زمان لازم برای تشکیل لایه محافظ اکسیدی در اثر اکسیداسیون پوشش اعمالی Co/Y2O3. با زمان لازم برای تشکیل لایه محافظ اکسیدی در پوشش هایی مانند MnCu و Ni-Co-Fe در شرایط کاری مشابه می توان گفت. سرعت تشکیل لایه اکسیدی در این پوشش بسیار بالاتر بوده و در کاهش نرخ اکسیداسیون نیز اثر بخشی بیشتری داشته است. کاهش نرخ اکسیداسیون پس از تشکیل این لایه اکسیدی محافظ نشان دهنده این است. که نفوذ اکسیژن به فصل مشترک فولاد و زیر لایه نیز به تأخیر افتاده است. که این در توافق با کار سایر پژوهشگران است.

فولاد Crofer 22apu

پس از 100 ساعت اکسیداسیون نرخ اکسیداسیون نمونه پوشش داده شده به شدت کاهش می یابد (8×14-10=Kp). این کاهش نرخ اکسیداسیون ناشی از تشکیل اکسید کبالت است. نرخ اکسیداسیون پایین، برای زمان های طولانی اکسیداسیون بسیار مهم است. زیرا نشان دهنده کاهش رشد لایه اکسید کروم است که مقاومت الکتریکی بالایی دارد. به طور کلی می توان گفت که محصول اکسیداسیون پوشش کبالت، نرخ رشد لایه اکسید کروم را کاهش داده است.

اکسید عناصر راکتیو سدهای مناسبی برای جلوگیری از تبخیر کروم نیستند. زیرا به طور معمول متخلخل و نازک هستند. بنابراین این اکسیدها نمی توانند عامل مناسبی برای جلوگیری از مسمومیت کاتد در سیستم های SOFC شوند. با وجود این حضور اکسید ایتریم در پوشش کبالت می تواند باعث افزایش چسبندگی پوشش به زیر لایه و نیز کاهش نرخ اکسیداسیون. و مقاومت الکتریکی سطحی نمونه پوشش داده شده در مقایسه با نمونه بدون پوشش شود.

4-3- ریزساختار و ترکیب شیمیایی نمونه های پس از اکسیداسیون بدون پوشش را پس از اکسیداسیون نشان می دهد.

فولاد Crofer 22apu

شکل (7) تصویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از سطح نمونه

فولاد Crofer 22apu

سطح نمونه بدون پوشش پس از 500 ساعت اکسیداسیون در هوا در 800 درجه سانتی گراد شامل یک لایه سیاه اکسیدی است. که روی این لایه دانه های هرمی شکل در جهت مرزدانه های لایه اکسیدی متشکل اند (شکل 7-الف). این دانه ها جزیره های کوچکی بر روی سطح نمونه تشکیل داده اند. نتایج تحلیل EDS از سطح نمونه نشان می دهد. که لایه سیاه رنگ شامل عناصر کروم، منگنز، اکسیژن و مقدار کمی عنصر آهن است. و دانه های هرمی شکل شامل عناصر کروم، منگنز و اکسیژن است (جدول 3). نتایج تحلیل پراش پرتو ایکس نشان می دهد. که لایه اکسیدی سیاه رنگ شامل اکسیدهای اسپینلی MnCr2O4 و FeCr2O4 است

. و ذرات هرمی شکل فقط رسوبات MnCr2O4 هستند (شکل 7). شکل (6-ب) سطح نمونه پوشش داده شده را بعد از 500 ساعت اکسیداسیون نشان می دهد که شامل ذرات هرمی شکل است. و علامت قابل توجهی از ترک و یا پوسته شدن در سطح آن دیده نمی شود. تحلیل پراش پرتو ایکس نشان می دهد که سطح نمونه پوشش داده شده بعد از اکسیداسیون شامل اکسیدهای اسپینلی MnCr2O4،MnCo2O4،Co3O4 و FeCr2O4 است (شکل8).

شکل (9) تصویر میکروسکوپی الکترونی روبشی و تحلیل پراش انرژی پرتو ایکس از مقطع عرضی مورد پولیش . نمونه های عاری از پوشش (شکل 8-الف و 8-ب) و مورد پوشش با کامپوزیت Co/Y2O3 (شکل 9-ج و 9-د) را نشان می دهد. در هر دو نمونه دو لایه روی زیر لایه فولادی مشاهده می شود. سطح نمونه بدون پوشش شامل یک لایه خارجی غنی از اکسید منگنز -کروم. و یک لایه داخلی غنی از اکسید کروم است که با نتایج سایر محققین مطابقت دارد.

ضخامت این لایه های اکسیدی همانطور که در شکل (9-الف) و (9-ب) نشان داده شده است. حدود سه میکرومتر است. تحلیل پراش پرتو ایکس تأیید می کند. که لایه داخلی اکسید کروم و لایه خارجی اکسید اسپینلی MnCr2O4 به علاوه مقدار کمی FeCe2O4 است (شکل 8). سطح نمونه پوشش داده شده نیز شامل یک لایه داخلی غنی از اکسید کروم و یک لایه خارجی غنی از اکسیدهای کبالت و منگنز-کبالت است. آنالیز نقشه عنصری از مقطع عرضی نمونه تشکیل این اکسیدهای اسپینلی را تائید می کند. ذرات Y2O3 که قبل از اکسیداسیون در سطح

نمونه پوشش داده شده مشاهده می شدند. (شکل 3-الف) بعد از اکسیداسیون روی سطح قابل مشاهده نیستند (شکل 7-ب)، اما در داخل لایه اکسید کبالت خارجی معلوم و مشخص میشود (شکل 9-ج). زیرا این ذرات در اثر رشد لایه اکسید کبالت به دلیل نفوذ یون های فلزی و اکسیژن، در این لایه فرو رفته اند. و در تصویر مقطع عرضی پوشش قابل مشاهده هستند. توزیع عناصر ایتریم و اکسیژن در مقطع نمونه پوشش دهی می شود. که به وسیله آنالیز map عنصری در شکل های (10-د) و (10-و) معلوم و مشخص است. نیز وجود ذرات اکسید ایتریم را در مقطع عرضی پوشش اثبات می کند. لایه اکسید اسپینلی کبالت چسبندگی خوبی به لایه اکسید داخلی و نیز زیرلایه فولادی دارد (شکل 9-ج).

نفوذ عناصر در فصل مشترک پوشش و زیر لایه مسئله رایجی است. در تحقیقات مورد انجام توسط کروکاوا و جالانتا مشخص شد که منگنز. آهن و کروم می توانند از طریق مکانیزم نفوذ حجمی و از طریق مکانیزم مرزدانه. در اسپینل های Co و Mn-Cr و در دمای 800 درجه سانتی گراد نفوذ کنند. ابتدا همزمان با تشکیل پوشش Co/Y2O3، نفوذ Co از پوشش به زیرلایه و نفوذ Fe و Cr از زیرلایه به سمت پوشش رخ می دهد. اما مقدار نفوذ این عناصر بسیار کم است. Cr و Fe در طول مراحل اولیه اکسیداسیون نیز نفوذ می کنند.

که این امر منجر به مشاهد Fe در پروفیل لایه اسپینلی بعد از اکسیداسیون می گردد (شکل 9-د). آنالیز Map عنصری نیز نفوذ این عناصر را تأیید می کند (شکل 10). اما از آنجایی که انرژی آزاد منفی تشکیل اکسید کروم بیشتر از انرژی آزاد تشکیل اکسید آهن است. اکسید کروم پایدارتر از اکسید آهن است. بنابراین لایه Cr2O3 در فصل مشترک پوشش و زیرلایه تشکیل می شود. از سوی دیگر با توجه به اینکه ضریب نفوذ یون های فلزی در ترتیب DMn>DFe>DCr کاهش می یابد. به دلیل ضریب نفوذ بالاتر یونهای منگنز، از زیرلایه به سمت سطح فولاد لایه اسپینلی MnCr2O4 روی سطح لایه اکسیدی Cr2O3 تشکیل می شود. بنابراین فشار جزئی موضعی اکسیژن در اثر تشکیل MnCr2O4 و Cr2O3 بسیار کاهش یافته و برای تشکیل اکسید آهن بسیار کم است.

فولاد Crofer 22apu

مقایسه تصاویر شکل (9) نشان می دهد. که ضخامت لایه Cr2O3 تشکیلی روی نمونه بدون پوشش حدود دو میکرومتر است. در حالی که ضخامت لایه Cr2O3 تشکیلی روی نمونه مورد پوشش دهی حدود 700 نانومتر است. بنابراین لایه پوشش نرخ رشد لایه Cr2O3 را به حدود یک سوم کاهش می دهد. این لایه پوشش محافظ از نفوذ کروم به سمت خارج و نفوذ اکسیژن به سمت داخل فولاد جلوگیری کرده. و به همین دلیل نرخ رشد لایه اکسیدی Cr2O3 را کاهش می دهد . اثر اکسید عناصر اکتیو در کاهش رشد لایه اکسیدی Cr2O3. با توجه به اثر این عناصر بر افزایش مقاومت به اکسیداسیون فولادهای مشابه هنگامی که به عنوان پوشش روی این آلیاژها اعمال می شوند. توضیح داده می شود.

5-3- رفتار الکتریکی

پوشش مورد اعمال روی اتصال دهنده داخلی در پیل های سوختی اکسید جامد باید دارای مقاومت الکتریکی سطحی کمی باشد.

تا هدایت الکتریکی بین الکترودهای سلول های مجاور را افزایش دهد. بنابراین برای نشان دادن مفید بودن پوشش کامپوزیتی اعمال شده روی اتصال دهنده فولادی باید ثابت کرد. که این پوشش در شرایط کاری پیل های سوختی اکسید جامد، هدایت الکتریکی بالاتری در مقایه با نمونه بدون پوشش دارد. بدین منظور مقدار مقاومت الکتریکی سطحی نمونه ها بعد از 500 ساعت اکسیداسیون در هوا در 800 درجه سانتی گراد اندازه گیری شد. شکل(11) نمودار وابستگی مقاومت الکتریکی سطحی به دما را نشان می دهد. مقدار مقاومت الکتریکی سطحی با افزایش دما از 650 تا 800 درجه سانتی گراد کاهش می یابد. این رفتار مشابه رفتار مواد نیمه رساناست. که نشان می دهد هدایت الکتریکی با دما فعال می شود. مقدار مقاومت الکتریکی سطحی در این مواد با استفاده از رابطه (2) محاسبه می شود.

فولاد Crofer 22apu

که در آن A ثابت تناسب، T دما بر حسب کلوین. Ea انرژی اکتیواسیون برای هدایت از شیب نمودار (ASR/T) log بر حسب (T/1) محاسبه می شود (شکل 11). مقدار انرژی اکتیواسیون برای نمونه بدون پوشش برابر 26/22 کیلوژول بر مول و برای نمونه پوشش دهی شود. برای 11/53 کیلوژول بر مول به دست آمد. نمونه پوشش دهی میشود. در تمام محدوده های دمایی بررسی شده مقدار مقاومت الکتریکی سطحی کمتری از خود نشان می دهد. که این امر دلیلی بر اثر مفید پوشش اعمالی در جهت جلوگیری از تشکیل و رشد لایه های اکسیدی.

با مقاومت الکتریکی بالا مانند Cr2O3 است. دلیل مقدار مقاومت الکتریکی سطحی کمتر نمونه پوشش دهی میشود. تشکیل ترکیبات اسپینلی در طول فرآیند اکسیداسیون است. این ترکیبات اسپینلی که دارای ساختار مکعبی به صورت، A1+XB2-XO4 هستند. دارای آنیون های اکسیژن که مرکز وجود را پر می کنند. و کاتیون های A و B از عناصر مشابه دارای والانس های متفاوت نیز هستند. این کاتیون ها موقعیت های اکتاهدرال یا تتراهدرال را پر می کنند. بنابراین امکان انتقال راحت تر الکترون ها بین کاتیون های مجاور با والانس مشخص وجود دارد. این امر هدایت الکتریکی ترکیبات اسپینلی را افزایش می دهد. تحقیقات نشان می دهد که انرژی اکتیواسیون برای انتقال الکترون ها با جانشینی یون های چهار ظرفیتی شبیه منگنز کاهش می یابد.

بنابراین اگرچه وجود منگنز در پوشش ممکن است پارامتر شبکه و نفوذ سربالایی کروم را افزایش دهد. اما هدایت الکتریکی پوشش را افزایش می دهد. از سوی دیگر، کبالت یک عنصر نوع P است. که تأثیر مهمی روی افزایش هدایت الکتتریکی ترکیبات اسپینلی مانند MnCo2O4 شصت ثانیه بر سانتی متر. CoCr2O4 هفت و چهار دهم ثانیه بر سانتی متر و CoFe2O4 نود و سه صدم بر سانتی متر. در مقایسه با ترکیباتی مانند Cr2O3 دو صدم ثانیه بر سانتی متر.

و Mn,Cr) 3O4) پنچ دهم ثانیه بر سانتی متر برای MnCr2O4. و دو صدم ثانیه بر سانتی متر برای Mn1.2 Cr1.8O4 دارد. مقدار مقاومت الکتریکی سطحی کمتر نمونه پوششی در مقایسه با نمونه بدور از پوشش نشان می دهد. که ذرات Y2O3 عوامل مخربی برای هدایت الکتریکی پوشش نیستند و با کاهش نرخ اکسیداسیون نمونه پوشش می شدند. و بهبود چسبندگی پوشش به زیر لایه باعث افزایش هدایت الکتریکی نیز می شوند.

شکل (12) تغییرات مقاومت الکتریکی سطحی نمونه ها بر حسب زمان اکسیداسیون را در هوا در 800 درجه سانتی گراد نشان می دهد. مقدار مقاومت الکتریکی سطحی نمونه در تمام محدوده زمانی با افزایش زمان افزایش می یابد. بعد از 200 ساعت اکسیداسیون، مقدار مقاومت الکتریکی سطحی برای نمونه بدون پوشش برابر 25/9 میلی اهم بر سانتی متر مربع. و برای نمونه مورد پوشش برابر 15/8 میلی اهم بر سانتی متر مربع است. بایستی توجه داشت که مقدار مقاومت الکتتریکی سطحی یک اتصال دهنده فلزی پوشش داده شده.

با یک پوشش محافظ تحت تأثیر لایه پوشش و لایه اکسیدی که در فصل مشترک فلز و پوشش. در طی شرایط کاری پیل های سوختی اکسید جامد تشکیل می شود، است. بنابراین یکی از عوامل مهمی که باعث کاهش مقاومت الکتریکی سطحی نمونه پوشش داده شده است. ضخامت کمتر لایه اکسیدی Cr2O3 در این نمونه (حدود 700نانومتر) در مقایسه با نمونه بدون پوشش (حدود دو میکرومتر) است. زیرا این لایه اکسیدی مقاومت الکتریکی بالایی دارد. به طور کلی مقدار مقاومت الکتریکی سطحی کمتر نمونه مورد پوشش نشان می دهد که تأثیر مثبت پوشش اعمالی روی اتصال دهنده فولادی است.

4- نتیجه گیری

1- پوشش کامپوزیتی Co/Y2O3 با چسبندگی خوب روی فولاد زنگ نزن فریتی Crofer 22APU به روش آبکاری الکتریکی با جریان مستقیم تشکیل شد.

2- پوشش اعمالی باعث کاهش نرخ خوردگی فولاد Crofer 22APU. در محدوده 100 تا 500 ساعت اکسیداسیون در هوا در دمای 800 درجه سانتی گراد شد.

3-یک پوسته اکسیدی دو لایه روی نمونه پوشش داده شده با Co/Y2O3. بعد از 500 ساعت اکسیداسیون در هوا در دمای 800 درجه سانتی گراد تشکیل شد. که لایه داخلی آن شامل عناصر کروم و اکسیژن و لایه خارجی آن شامل عناصر کبالت، کروم، منگنز، اکسیژن، آهن و ایتریم بود.

4- تحلیل پراش انرژی پرتو ایکس نشان داد که ضخامت پوسته اکسیدی Cr2O3. در نمونه بدون پوشش حدود سه برابر نمونه دارای پوشش می گردد.

اندازه گیری مقدار مقاومت الکتریکی سطحی نمونه ها بر حسب دما نشان داد که نمونه ها رفتاری مشابه مواد نیمه رسانا دارند. و همواره مقدار مقاومت الکتریکی سطحی نمونه پوشش داده شده کمتر از نمونه بدون پوشش است.

فاطمه سعید پور، مرتضی زند رحیمی، هادی ابراهیمی فر.

1- دانشکده مهندسی مواد، مجتمع آموزش عالی فنی و مهندسی اسفراین. 2-دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه شهید باهنر کرمان. 3-دانشکده مهندسی مکانیک و مواد، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته

مواد پیشرفته در مهندسی، سال 38، شماره 1،بهار 1398

شرکت خشکه و فولاد پایتخت (( مدیریت : جواد دلاکان )) صنعتگران عزیز، افتخار داریم. که سی سال تجربه گرانبهای خویش را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی. و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما هموطنان کشور عزیزمان ایران ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.ارتباط با ما:
09121224227
09371901807
تلفن: 02166800251
فکس: 66800546

ارتباط با ما در شبکه های اجتماعی

https://t.me/foolad_paytakht تلگرام

https://www.instagram.com/folad_paytakht اینستاگرام

https://www.instagram.com/foolad_paytakht.ir اینستاگرام


فولاد از جمله پرکاربردترین و در دسترس ترین آلیاژ آهن است که انواع مختلفی از آن تولید و روانه بازار شده است. از فولادهای مشهور و پرکاربرد می توان به انواع ST اشاره نمود. که جزئی از فولادهای ساختمانی و کربنی معمولی یا فولادهای ساخت و ساز غیر آلیاژی است.

ورق st44-فولاد st44-میلگرد st44-لوله st44-نبشی st44-تیرآهن st44

ورق st44

st44 یکی از این نوع فولادهاست که در گروه فولادهای نرم (mild steel) با کربن کمتر از 0.21 درصد (فولادهای کم کربن) قرار می گیرند. و دارای خواص شکل پذیری سرد، جوشکاری و برشکاری عالی است. این فولاد در شکل های مختلف از جمله ورق، میلگرد، تیر آهن، نبشی و انواع لوله تولید می شود.

این فولاد در صنعت، از پر مصرف ترین آلیاژهای فلزی است. به دلیل خواص شکل پذیری، برشکاری، جوشکاری عالی، خواص مکانیکی و قیمت مناسب. بیشترین استفاده را به عنوان مصالح ساختمانی در ساخت و ساز سازه ها. و اسکلت های فلزی بناها و ساختمان ها، پل ها، سازه های شهری و غیره دارد. بیشترین مصرف این فولادها نیز همین کاربری است.

کاربرد st44

فولاد St44 که به فولاد 1.0044 نیز معروف است. و می تواند به شکل های مختلفی نظیر ورق، میلگرد، تیر آهن، نبشی و انواع لوله به کار رود. بیشترین کاربرد این فولاد در ساخت و ساز است. و موارد مصرفی بسیاری نیز دارد. از این فولاد می توان در شاسی ماشین آلات سنگین، ریل ها و دیواره قطعات صنعتی استفاده نمود.

ترکیب شیمیایی فولاد st44

ترکیب شیمیایی فولاد st44 به این شرح است:

cu:0.55

S:0.035

P:0.035

Mn:1.5

N:0.012

C:0.21

خواص مکانیکی

فولاد st44 از خواص مکانیکی خاص خود برخوردار است. در خواص مکانیکی st44 آمده است که تنش تسلیم آن ((N/(mm)^2))195-275 است و استحکام کشش نهایی (N/(mm)^2)) 380-580 برخوردار است. ازدیاد طول این فولاد (min) 13% و حداقل انرژی ضربه آن (J) 27 است.

قیمت لوله این نوع فولاد

لوله فولادی st44 از زیر مجموعه های st44 است. این لوله، لوله ای استوانه ای، بلند و توخالی با دو سر باز و دایره ای شکل است. که امروزه در صنعت و ساختمان سازی کاربرد فراوانی دارد. در صورت تمایل به خرید با کارشناسان ما تماس حاصل فرمایید.

ورق سیاه فولاد st44

از دیگر گریدهای ورق، ورق سیاه فولاد st44 است. که از درصد کربن کم تشکیل شده و به همین دلیل از مقاطع فولادی کم کربن به شمار می رود. این ورق دارای ترکیب شیمیایی زیر است.

0.22 کربن

0.55 مس

1.5 منگنز

0.040 فسفر

0.050 گوگرد

0.012 نیتروژن

این آلیاژ باعث شده است که ورق st44 دارای قابلیت شکل پذیری زیاد. خاصیت ضد سایشی فوق العاده، قابلیت ماشین کاری و جوش پذیری قابل قبولی باشد.

تنها تفاوت ورق st44 با ورق st52 در درصد کربن به کار رفته در آلیاژ آنهاست. درصد کربن ورق st52 کمی بیشتر است که همین امر باعث شده است که مقدار مقاومت کششی بیشتری نسبت به ورق st44 داشته باشد.

ورق فولاد st44 در صخامت های 2 تا 15 میلی متر و عرض های متفاوت 100 تا 150 سانتی متر ساخته می شود. استحکام کششی فولاد فولادی St44-380-580 نیوتون بر میلی متر مربع و استحکام تسلیمی آن در کمترین میزان برابر با 275 نیوتن بر میلیمتر مربع است.

کاربردها

از کاربردهای ورق st44 می توان به مواردی چون: ساخت قطعات و تجهیزات صنعتی، ساخت قطعات هواپیما، ساختمان سازی، ریل سازی و … اشاره کرد.

تفاوت ورق سیاه st44 با st52 و st37

ورق st52 به دلیل دارا بودن درصد بیشتری از عناصری چون کربن و منگنز مقاومت بیشتری نسبت به دو ورق دیگر دارد. این ورق دارای مقاومت پیچشی و خمشی بالاتری است و وزن بیشتری را نسبت به دو نوع دیگر تحمل می نماید.

انعطاف پذیری ورق st44 و ورق st37 به دلیل درصد پایین تر کربن بیشتر است.

وزن مخصوص تمام این ورق ها یکسان می باشد. اما به دلیل استحکام بیشتر ورق st52 از آن در مواردی که نباید وزن سازه زیاد باشد، استفاده می کنند.

ورق های سیاه در انواع گریدها توسط کارخانجات متعددی چون فولاد مبارکه اصفهان، فولاد گیلان، فولاد اکسیژن خوزستان، مجتمع فولاد سبا و … تولید می شوند. تنها تفاوت مهم ورق های تولیدی در کاخانجات متفاوت، ابعاد آنها است. برای مثال ورق سیاه فولاد مبارکه در ضخامت هاغی 2,2.5,3,4,5,6,8,10,12,15 میلیمتر و در عرض های 1,1.25,1.5 متر تولید می شود.

اما ورق سیاه اکسین اهواز در ضخامت های 40,30,20,15,12,10,8 میلیمتر و در ابعاد 6*2 و 12*2 تولید می شوند.

شایان ذکر است که ورق های سیاه تولیدی در کارخانه فولاد مبارکه از نظر ویژگی و ابعاد با ورق سیاه فولاد سبا یکسان است. چرا که مجتمع فولاد سبا زیر مجموعه ای از کارخانه فولاد مبارکه محسوب می شود.

مشخصات فنی انواع ورق سیاه

انواع ورق سیاه مطابق با استاندارد قدیمی DIN 17100 و یا استاندارد جدید BS EN 10025 تولید می شوند. این ورق ها در ضخامت های 1.5 میلیمتر تا 100 میلیمتر تولید می شوند. عرض این ورق ها معمولاً 2,1.5,1 متر است. و از نظر طولی بدون محدودیت در بازار عرضه می گردند. این ورق ها به صورت رولی و یا شیت بندی شده عدل بندی می شوند.

وزن ورق آهن نیز توسط فرمول ها محاسبه می شود. و به طول، عرض و ضخامت آن بستگی دارد.

تفاوت قیمت ورق سیاه st37,st44,st52

همانطور که این سه نوع ورق از نظر ویژگی و کاربرد تفاوت های کمی با یکدیگر دارند. تفاوت قیمت ورق st37,st44,st52 نیز مشهود است. اما از نظر اقتصادی در بعضی از کاربری ها، مثل سازه هایی که نباید وزن سازه زیاد شود. استفاده از ورق st52 به صرفه تر خواهد بود. چرا که استحکام بیشتری دارد و میزان مصرف را کاهش می دهد.

شرکت خشکه و فولاد پایتخت (( مدیریت : جواد دلاکان )) صنعتگران عزیز، افتخار داریم. که سی سال تجربه گرانبهای خویش را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی. و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما هموطنان کشور عزیزمان ایران ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.ارتباط با ما:
09121224227
09371901807
تلفن: 02166800251
فکس: 66800546

ارتباط با ما در شبکه های اجتماعی

https://t.me/foolad_paytakht تلگرام

https://www.instagram.com/folad_paytakht اینستاگرام

https://www.instagram.com/foolad_paytakht.ir اینستاگرام


 

 

بهره وری انرژی و کاهش انتشار دی اکسید کربن در صنعت فولاد با محور توسعه پایدار

بهره وری در صنعت فولاد

بهره وری در صنعت فولاد-بهره وری انرژی و کاهش انتشار دی اکسید کربن در صنعت فولاد

چکیده

در این مقاله روند تولید فولاد به طور کلی و به تفکیک روش های تولید. از سال 1970 تا سال 2012 در مقیاس جهانی مورد بررسی قرار گرفت. سپس به تحلیل میزان انرژی مصرفی در این صنایع پرداخت گردید. و پیشنهادهایی برای کاهش مصرف انرژی در مراحل مختلف تولید ارائه شده است. از آنجایی که میزان تولید در بین این سال ها به شدت رو به افزایش است.

لذا صرفه جویی کم در انرژی می تواند انتشار گازهای گلخانه ای و مصرف انرژی را به میزان بسیار زیادی کاهش دهد. نتایج مطالعه میانگین های جهانی انرژی مصرفی، حاکی از کاهش قابل ملاحظه میانگین انرژی مصرفی. از 63 گیگاژول در سال 1950 به 18 گیگاژول در سال 2011 بود. از آنجایی که امروزه قراضه فولاد در این صنعت به بهترین منبع مواد خام مبدل شد. در این مقاله مقایسه ای میان منافع حاصل از تولید فولاد از طریق قراضه و کانه آهن صورت پذیرفت. نتایج نشان داد به ازای هر تن متر یک فولاد تولیدی از قراضه ها. 1/5 تن کانه آهن، 0/5 تن زغال سنگ، 0/054 تن سنگ آهک، محفوظ باقی می ماند.

مقدمه

هدف از توسعه پایدار ارتقاء کیفیت زندگی، در حال حاضر و همچنین نسل های آینده می باشد. برای صنعت فولاد جهان توسعه پایدار به معنای ارزش نهادن به جنبه های زیست محیطی، اقتصادی و اجتماعی در تمام تصمیم گیری های تولید است. حرکت به سوی توسعه پایدار در صنایع منابع اولیه با دو چالش اصلی همراه است.

بهره وری در صنعت فولاد

در درجه اول پایداری محیطی نیازمند حفظ و مدیریت پایدار منابع معدنی محدود است. به طوری که این ذخایر تمام شدنی اند. و همچنین استخراچ و فرآوری مواد معدنی هم از نظر انرژی و هم از لحاظ محیط زیستی مخرب اند. دوم اینکه قراضه محصولات تولیدی خود باعث آلودگی محیط زیست می شوند.

اهداف گسترده توسعه پایدار در صنعت فولاد به طور خلاصه عبارتند از. توسعه فرآیند به منظور حداکثرسازی بازدهی و کمینه سازی تولید مواد زائد و باطله، کاهش گازهای گلخانه ای. در فرآیند با صرفه جویی در مصرف انرژی، کاهش انرژی مصرفی در فرآیند. تعیین مقررات زیست محیطی و ساختار تولید، افزایش بهره وری در صنایع تولید کنسانتره آهن. کاهش خط انتشار دی اکسید کربن یا دفع دی اکسید کربن، تبدیل آلاینده ها و مواد زائد به محصولات جانبی.

صنعت فولاد در طی 5 دهه اخیر قدم های بزرگی برای کاهش انرژی مصرفی به ازای هر تن فولاد برداشته است. و تحقیقات زیادی به این موضوع پرداخته اند. ژانگ و همکاران (2008) تأثیر بکارگیری تکنولوژی های جدید در کارخانه های فولاد چین بین سال های 1990 – 2000 را ارائه دادند. ورل و همکاران (2001) گزارش جامعی در زمینه پتانسیل های صرفه جویی در مصرف انرژی. و کاهش دی اکسید کربن در صنایع فولاد آمریکا ارائه کرده اند. در یک تحقیق آماری، دیبر و همکاران (2000) تخمین زدند. که راندمان صنایع فولاد با تکنولوژی های موجود تا سال 2020، 29 درصد افزایش پیدا خواهد کرد. فروندل و همکاران (2010) به تحلیل انرژی مصرفی ویژه در صنایع فولاد آلمان پرداخته اند. آنها به تأثیر سهم تولید کوره های قوس الکتریکی نسبت به کوره های پایه اکسیژن در کاهش انرژی مصرفی اشاره کرده اند.

امروزه فن آوری های مورد استفاده در تولید محصولات فولادی در مراحل بعد از به دست آوری فولاد مذاب. یعنی ریخته گری و نورد، کم و بیش یکسان است. اما برای به دست آوردن فولاد مذاب یا خام، از فن آوری های مختلفی می توان استفاده کرد.

به طور کلی فولاد خام به دو روش تولید می گردد. 1. تهیه آهن خام یا چدن مذاب در کوره بلند (BF) و تولید فولاد در کوره های اکسیژن پایه، مانند ذوب آهن اصفهان. 2. احیای مستقیم سنگ آهن (DR) و ذوب آهن اسفنجی (DRI). و قراضه در کوره های الکتریکی از قبیل قوس الکتریکی (EAF) نظیر فولاد خوزستان یا القایی (IMF)، مانند مجتمع فولاد جنوب (شکل1). لازم به ذکر است که تولید فولاد از روش های دیگری نظیر روش کوره باز (Open Heart) نیز انجام می گیرد. که حجم تولید آن در جهان بسیار محدود است. و طبق آمار جهانی فولاد حدود 1/1 درصد از کل تولید فولاد جهان در سال 2012 از این روش تولید گردید.

تولید فولاد با استفاده از روش BOF مصرف انرژی پایین تری (31-19/8 گیگاژول بر تن) در مقایسه با روش (42-26گیگاژول بر تن دارد) OHF. در روش دوم تولید فولاد، استفاده از کوره های الکتریکی و ذوب مجدد قراضه آهن و فولاد می باشد. در این روش تولید کک، محصول چدن و مراحل تولید فلز مذاب حذف می شوند. که منجر به مصرف انرژی پایین تر می شود. در این مطالعه در ابتدا روند تولید فولاد به طور کل و سپس به تفکیک روش های تولید در مقیاس جهانی بررسی می شود. سپس به بررسی میزان انرژی مصرفی و انتشار گاز دی اکسید کربن در این صنایع مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت روش هایی به منظور کاهش انرژی مصرفی و آلودگی های زیست محیطی در فرآیند تولید فولاد، پیشنهاد می گردد.

تولید فولاد

در سال 2012، 69/6 درصد فولاد خام جهان به کمک روش کوره بلند و 29/3 درصد آن نیز توسط کوره های الکتریکی تولید گردید. امروزه تولید فولاد از طریق OHF به علت مضرات اقتصادی و زیست محیطی کاهشی است و تقریباً منسوخ می باشد. مواد معدنی آهن به میزان زیادی در طبیعت وجود دارند. اما تولید فولاد بر پایه بازیابی قراضه ها، نیازمند انرژی و منابع کمتری است. اما فولادها قبل از بازیافت برای دهه ها مورد استفاده قرار می گیرند. بدین ترتیب با افزایش تقاضای روزافزون فولاد، فولادهای مورد بازیابی به منظور بر آوردسازی نیاز جهانی کافی نیستند. بنابراین محصولات فولادی مورد تقاضای بازار از طریق استفاده ترکیبی روش های BOF و EAF تولید می شوند.

با رشد تکنولوژی، میزان تقاضای جهانی فولاد به طور فزاینده ای رو به افزایش است. در سال 1950 تولید فولاد خام جهان 200 میلیون تن بود. که در سال 2009 به 1227 میلیون تن و در سال 2012 به 1547 میلیون تن افزایش یافت. شکل 2 روند تولید فولاد جهان را در بین سال های 2012 -1970 نشان می دهد. همانطور که مشخص است. روند تولید فولاد تقریباً از سال 2000 به شدت افزایش یافت. اگرچه به علت بحران اقتصادی جهان و کاهش سرمایه گذاری در سال 2009، اندکی کاهش از خود بروز داد.

تولید فولاد در کشورهای اصلی تولید کننده فولاد (به علاوه ایران) در سال 2012 در شکل 3 نمایان و مشخص است. با توجه به حجم تولید فولاد در مقیاس جهانی، ملاحظه می شود. که چین در سال 2012 بزرگترین تولید کننده فولاد با 716 میلیون تن فولاد خام بوده است. چین، تولیدی بیشتر از مجموع 8 کشور بعد از خود داشته است. کشور ژاپن با 107 میلیون، آمریکا 89 میلیون و هند با 77 میلیون تن در رتبه های بعد قرار گرفتند. کشور ایران با تولیدی در حدود 14/5 میلیون تن در رتبه پانزدهم قرار دارد. بزرگترین تولیدکنندگان فولاد جهان بجز چین، هند و کره جنوبی در طی دهه اخیر روند تولید نزولی داشته اند.

چین بالاترین سهم فولاد با کوره های اکسیژن پایه. ایران با بیشترین سهم تولید با کوره های قوس الکتریکی و اوکراین بالاترین تولید را با کوره های زیمنس مارتین دارد شکل 4). استفاده از کوره های اکسیژن پایه و قوس الکتریکی به طور نمایی افزایش می یابد. ولی تا سال 2015، کوره های زیمنس به دلیل بهره وری پایین و انتشار گازهای گلخانه ای بیش از حد، کاملاً منسوخ می شوند. در سال 2012 میزان تولید آهن اسفنجی جهان بالغ بر 71/1 میلیون تن بوده است. کشورهای هند، ایران و مکزیک با تولید به ترتیب 6/7 و 11/19 و 5/6 میلیون تن آهن اسفنجی. رده های اول تا سوم را به خود اختصاص دادند.

جنبه های محیط زیستی و مصرف انرژی تولید فولاد

بخش فولاد یکی از بزرگترین بخش های مصرف کننده انرژی است. که در حدود 5/2 درصد از گازهای گلخانه ای جهان را در سال 2004 انتشار داده است. بر اساس گزارش آژانس بین المللی انرژی، صنعت آهن و فولاد تقریباً 4-5 درصد از دی اکسید کربن جهان را انتشار می دهد. تقریباً 100 درصد دی اکسید کربن در روش EAF و 10 درصد آن در روش BOF به طور غیر مستقیم انتشار می یابد. به عبارت دیگر بخش عمده انتشار گاز BOF به طور مستقیم و مربوط به فرآیند ذوب است. در حالی که در روش EAF، دی اکسید کربن به طور غیر مستقیم از طریق استفاده از الکتریسیته انتشار می یابد.

مطالعه میانگین جهانی انرژی مصرفی تولیدکنندگان فولاد نشان داد. که در بین سالهای 1950 و 1990 میانگین انرژی مصرفی از 63 به 31 گیگاژول کاهش می یابد. همچنین میانگین انرژی مصرفی جهان از 22 گیگاژول در سال 1988 به 18 گیگاژول به ازای هر تن فولاد در سال 2011 رسید. از دلایل عمده این کاهش، می توان به جایگزینی کوره های اکسیژن پایه به جای کوره های زیسمنس مارتین. افزایش تولید با کوره های قوس الکتریکی و استفاده از تکنولوژی های بازیابی انرژی اشاره کرد.

بهره وری در صنعت فولاد

از سال 1950 تا سال 2005 نرخ انرژی مصرفی ویژه صنعت فولاد جهان کاهش 85 درصدی داشته است. نتایج مطالعات سازمان جهانی فولا نشان می دهد. که شرکت های تولید کننده آمریکای شمالی، ژاپن و اروپایی انرژی مصرفی خود را به ازای هر تن فولاد تولیدی. در حدود 50 درصد در یک دوره 30 ساله کاهش داده اند.

شکل 5 میزان انتشار گازهای گلخانه ای و انرژی مصرفی در صنعت فولاد را در سال های 2005 تا 2012 نشان می دهد. مقادیر میانگین انرژی مصرفی و دی اکسید کربن از سال 2005 تقریباً ثابت باقی می مانند.

کاهش انرژی مصرفی و آلودگی های زیست محیطی در تولید فولاد

روش های کاهش مصرف انرژی و انتشار دی اکسید کربن در تولید فولاد به صورت زیر است:

توسعه روش سرد کردن خشک کک: به طور مرسوم، دمای کک داغ در محفظه کک سازی 1050-950 درجه سانتی گراد است. که برابر 40 – 35 درصد میزان حرارت مصرف شده در فرآیند کک سازی است.

بهره وری در صنعت فولاد

با به کارگیری روش سرد کردن خشک کک می توان در حدود 80 درصد از حرارت کک داغ را بازیابی نمود. بر این اساس، در فرآیند سرد کردن خشک یک تن کک داغ، می توان 0/6-0/45 تن بخار تولید کرد. در پایان سال 2005 سهم روش خشک کردن سرد کک در چین حدود 30 درصد بوود. ولی سهم استفاده از آن در سال 2007، به 45 درصد رسید.

توربین بازیابی فشار گاز بالای کوره (TRT): این دستگاه یک توربین بازیابی انرژی است. که از آن برای تبدیل انرژی فشاری و انرژی حرارتی گاز خروجی از انتهای بالایی کوره بلند به انرژی مکانیکی. به منظور به حرکت در آوردن ژنراتور تولید برق استفاده می شود. در تولید فولاد با کوره های دمشی، افزایش فشار در بالای کوره به طور سودمندی منجر به بازیابی انرژی می شود. در صورت استفاده از توربین ها می توان حدود 30 درصد انرژی بازیابی نمود.

بهره وری در صنعت فولاد

تزریق پودر زغال برای کوره های دمشی: با جایگزینی زغال با کک در کوره های دمشی. می توان آلودگی های زیست محیطی ناشی از تولید کک را کاهش داد و بازگشت سرمایه را از تفاوت قیمت کک و زغال فراهم کرد. همچنین کاهش ذخایر زغال های کک شو با کیفیت و قیمت بالای کک. تولید کنندگان آهن و فولاد را مجبور به جستجو در تولیدات بر پایه کربن به منظور کاهش در مصرف کک کرده است.

حذف تجهیزات سطح پایین و معرفی روش های جدید: مصرف انرژی در واحدهای کوچک در حدود 1/5 برابر واحدهای متوسط و بزرگ است. زمان اجرای برنامه 5 ساله توسعه برای ذخیره انرژی و کاهش آلودگی در چین. تجهیزات و ظرفیت ها افزایش داده شدند و استفاده از تکنولوژی های جدید شدت گرفت. به طوری که در سال 2007 تعداد کوره های دمشی با ظرفیت 2000 متر مکعب برابر 63 یعنی 17 تا بیشتر سال 2005 بود. و ظرفیت تولید 35 درصد افزایش یافت. در سال 2007، انرژی مصرفی کل، آب تازه و انتشار دی اکسید گوگرد. به ازای هر تن 8، 4/5،24 درصد در مقایسه با 2005، کاهش یافت.

ایجاد شبکه زنجیره ای بازیابی در صنعت فولاد: هدف از ایجاد شبکه زنجیره ای. بازیابی گازهای خروجی کوره دمشی، مبدل ها، کوره های کک سازی و تحقق بخشی به انتشار گاز در حد صفر است.

دفن و ذخیره دی اکسید کربن در صنایع فولاد و آهن: دفن و ذخیره دی اکسید کربن فرآیندی است. که در آن CO2 منتشر شده واحدهای انرژی سوخت فسیلی یا پالایشگاه های نفتی، دفن می گردد و در زمین ذخیره می شود. ذخیره CO2 شامل متراکم سازی و سپس انتقال آن توسط خطوط لوله (یا توسط کشتی. در صورت دور بودن محل ذخیره) به یک محل مناسب است.

مزایای زیست محیطی بازیافت قراضه و استفاده از ذرات باطله

قراضه فولاد در صنعت فولاد به بهترین منبع مواد خام مبدّل است. زیرا از لحاظ اقتصادی و زیست محیطی بازیافت فولاد فرسوده سوددهی بسیاری را به دنبال دارد. در این زمینه، به مقایسه ای میان منافع حاصل از تولید فولاد از طریق بازیافت و تولید آن از کانه آهن بررسی گردید.

بقای ذخایر معدنی: بازیافت قراضه فولاد به عنوان ابزاری مؤثر در بقای ذخایر معدنی به شمار می آیند. این روش از لحاظ اقتصادی برای تولید کنندگان فولاد و همچنین برای مدیریت ذخایر معدنی آهن بسیار حائز اهمیت است. استفاده از این روش، مصرف کانی ها با ارزش از قبیل کانه آهن، زغال سنگ. سنگ آهک و آب را به میزان زیادی کاهش می دهد. به ازای هر تن متریک فولاد تولیدی از قراضه ها. 1/5 تن کانه آهن، 0/5 تن زغال سنگ، 0/054 تن سنگ آهک، محفوظ باقی می ماند. قراضه های فولاد به طور کامل قابل بازیافت هستند. و طی فرآیند بازیافت کیفیت آن کاهش نمی یابد. به این ترتیب، می توان آن را بارها بدون افت کیفیت بازیافت کرد.

صرفه جویی در انرژی: استفاده از قراضه فولاد، در مقایسه با تولید فولاد از مواد خام. به طور قابل توجه انرژی مصرفی را کاهش می دهد. زیرا در مقایسه با قراضه فولاد، که مواد مورد حاصل برای تغذیه کوره قوس الکتریکی جهت تولید آسان تر و سریع تر فولاد می باشند. انرژی بسیار زیادی صرف استخراج، حمل و نقل و فرآوری مواد مورد نیاز می شود. با تولید یک تن فولاد از قراضه فولاد، 14/3GJ در مصرف انرژی صرفه جویی می شود.

بهره وری در صنعت فولاد

حفاظت محیط زیست: تولید فولاد از کانه خام، انتشار گازهای گلخانه ای را به همراه دارد. استفاده از قراضه فولاد، 85% انتشار این گازها را به میزان 85% کاهش می دهد. همچنین نیاز به استخراج (معدن کاری، باطله برداری و حفاری). و فرآوری مواد معدنی را که آلودگی های آب و هوا را به همراه دارند نیست.

استفاده از سرباره های فولاد در هر زمینه ای (مانند صنعت ساختمان، جاده سازی) را می توان از لحاظ زیست محیطی مورد بررسی قرار داد. زیرا حذف انرژی مورد نیاز برای استخراج آگرگات های طبیعی و اثرات منفی ناشی از معدنکاری (نشت در سطح زمین) را در پی دارد. کاربرد سرباره های فولاد عبارت است از: بتن آماده، محصولات بتنی، زیرسازی و روسازی جاده ها. پرکنندگی، مواد سیمان کاری، بالاست خطوط ریلی، مواد پوشش برای زباله های مدفون روزانه، مصالح سقف سازی و موارد مشابه.

نتیجه گیری

صنعت فولاد نقش مهمی را در توسعه اقتصادی یک کشور دارد. و فرصت های شغلی و معیشتی را افزایش می دهد. ولی از طرف دیگر آلودگی های زیست محیطی را به دنبال دارد. از آنجایی که میزان تولید در صنایع فولادسازی به شدت رو به افزایش است. لذا صرفه جویی کم در مصرف انرژی می تواند در کل شامل ذخیره انرژی بسیار زیادی گردد. در این مطالعه تولیدکنندگان عمده فولاد در جهان از نظر میزان تولید و نوع روش تولید بررسی شدند.

بهره وری در صنعت فولاد

و در نهایت پیشنهادهایی برای کاهش مصرف انرژی و انتشار دی اکسید کربن ارائه شد. مطالعه میانگین های جهانی انرژی مصرفی، حاکی از کاهش قابل ملاحظه میانگین انرژی مصرفی. از 63 گیگاژول در سال 1950 به 18 گیگاژول در سال 2011 بود. دلیل عمده آن جایگزینی کوره های اکسیژن پایه به جای زیمنس مارتین. افزایش تولید با کوره های قوس الکتریکی و استفاده از تکنولوژی های بازیابی انرژی است. امروزه قراضه فولاد در صنعت فولاد به بهترین منبع مواد خام تبدیل شده است. زیرا از لحاظ اقتصادی و زیست محیطی بازیافت فولاد فرسوده سوددهی بسیاری را به دنبال دارد. به طوری که به ازای هر تن متریک فولاد تولید شده از قراضه ها. 1/5 تن کانه آهن، 0/5 تن زغال سنگ، 0/054 تن سنگ آهک، محفوظ باقی می ماند.

بهره وری در صنعت فولاد
بهره وری در صنعت فولاد

فردیس نخعی-مهدی ایران نژاد

دانشجوی دکتری فرآوری مواد معدنی، دانشگاه صنعتی امیر کبیر-دانشیار دانشکهده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیر کبیر

شرکت خشکه و فولاد پایتخت (( مدیریت : جواد دلاکان )) صنعتگران عزیز، افتخار داریم. که سی سال تجربه گرانبهای خویش را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی. و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما هموطنان کشور عزیزمان ایران ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.ارتباط با ما:
09121224227
09371901807
تلفن: 02166800251
فکس: 66800546

ارتباط با ما در شبکه های اجتماعی

https://t.me/foolad_paytakht تلگرام

https://www.instagram.com/folad_paytakht اینستاگرام

https://www.instagram.com/foolad_paytakht.ir اینستاگرام


2- روش جذب جامد به وسیله جامدات نمک گیر

در این روش علاوه بر بخار آب ناخالصیهای دیگر نیز توسط مواد جاذب جدا می شوند. مکانیزم جذب به سه طریق انجام میشود.

جذب سطحی

ایجاد اب هیدارته با مواد جامد

واکنش شیمیایی با جامد

روش جذب سطحی بیشترین کاربرد را برای آبگیری در پالایش گاز دارد.

به طور کلی یک ماده جاذب باید دارای خصوصیات زیر باشد:

دارای سطح زیاد بر واحد وزن باشد.

نسبت به اجزاء قابل جذب، فعال باشد.

میزان انتقال جرم در آن زیاد باشد.

احیاء آن آسان بوده و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد.

مدت قابل ملاحظه ای مواد جذب شده را در خود نگه دارد.

در مقابل جریان گاز مقاومت کم ایجاد کند.

خرد نشده و به صورت پودر در نیاید.

ارزان، غیر خورنده و غیر سمی باشد. و ترکیب شیمیایی ایجاد نکند.

تغییر حجم قابل ملاحظه در موقع جذب و احیاء ایجاد ننماید.

در اثر مرطوب شدن مقاومت آن کم نشود.

هر گرم از مواد جاذبی که کاربرد صنعتی دارند. سطحی در حدود 500 تا 600 مترمربع ایجاد می کنند. چنین سطحی در صورتی امکان پذیر است. که جسم به علت موئینگی دارای سطح داخلی زیاد باشد. و یا کریستالی در جسم بوجود آید.

متداولترین و مناسب ترین مواد جاذب که در صنعت کاربرد دارند عبارتند از:

بوکسیت (Al2O3) که به طور طبیعی یافت می شود.

آلومینا که عبارت است از Al2O3 فعال شده که بوکسیت تهیه می شود.

سیلیکاژل که قسمت اعظم آن شامل Al2O3 و SiO3 است. به طور طبیعی یافت می شود.

غربالهای مولکولی که شامل سیلیکات کلسیم و سدیم و آلومینیم است.

کربن فعال

در شکل 11-15 سک خشک کن با روش جذب جامد نمایان و معلوم است.

3-میعان بوسیله خشک کردن یا سرد کردن گاز (Refrigeration Compressed Gas Dryer)

در این نوع خشک کن از یک سیل تبریدی برای آب زدایی استفاده می شود.

عملکرد آنها به این صورت است که گاز مرطوب برای خشک شدن. در یک مبدل حرارتی در مجاورت گازی که در یک سیکل تبریدی سرد میشود، قرار می گیرد. بخار آب موجود در گاز با سرد شدن گاز و رسیدن به نقطه شبنم، بصورت قطرات آب تقطیر می شود. هر چه درجه حرارت سرمایش پایین تر آید (تقطیر در دمای پایین تری انجام گیرد)، گاز بیشتر خشک می شود.

انتقال مواد (material handeling)

گاز بعد از سرد شدن وارد یک مخزن جدایش رطوبت می شود. در آنجا آب تقطیر شده جدا می شود.

از گاز خشک خروجی که دارای دمای پایینی است. برای پایین آوردن دمای گاز مرطوب ورودی استفاده می شود. این عمل باعث بالا روی راندمان می شود.

شکل 11-16 اجزاء و چگونگی عملکرد خشکن های تبریدی را نشان می دهد.

خشک کن هایی که در احیاء مستقیم به روش پرد برای خشک کردن گاز آب بندی (Seal Gas) استفاده می شوند. از نوع جذب در جامد و برای خشک نمودن گاز پاک کننده (Purge Gas) از نوع تبریدی می باشند.

کمپرسورها

کمپرسورها دستگاهی است که برای بالا بردن فشار گاز و یا انتقال آن از نقطه ای به نقطه دیگر. در طول پروسس به کارگیری می شود. در واقع کمپرسور با افزایش سرعت گاز و تبدیل آن به فشار، جریان گاز را در سیستم راحت تر می کند. البته افزایش فشار در نوعی از کمپرسورها به وسیله کاهش حجم صورت می گیرد.

انتقال مواد (material handeling)

آنچه که در کمپرسورها حائز اهمیت است، نسبت فشار خروجی به ورودی کمپرسور می باشد. در کمپرسورها با افزایش فشار، دمای گاز نیز بالا می رود. و این امر باعث ایجاد اختلال در کار قطعات مختلف آن و سیستم روغن کاری می شود.

برای خنک کاری کمپرسورها می شود از یک سیکل بسته سیال سرد (مثل آب) و یا جریان هوا به کار گیری نمود.

همانطور که ذکر شد در کمپرسورها افزایش فشار به دو صورت انجام می گیرد. بر حسب این مورد دو نوع اساسی کمپرسور نیز وجود دارد که عبارتند از:

کمپرسورهای دینامیکی که فشار گاز را با زیاد کردن سرعت آن و سپس، گرفتن سرعت گاز افزایش می دهند.

کمپرسورهای جابجایی مثبت که با کاهش حجم گاز، فشار آن را افزایش می دهند.

البته هر کدام از این کمپرسورها به حسب شکل ساختمانی و نحوه عملکرد، تقسیم بندی می شوند. که در زیر به طور خلاصه بیان میشود.

1- کمپرسورهای دینامیک Compressors Dynamic

سانتریفیوژ Centrifugal Compressor

جریان محوری Axial Flow Compressor

2- کمپرسورهای جابجایی مثبت Positive Displacement Compressor

رفت و برگشتی Reciprocating

دورانی Rotary Compressor

از بین کمپرسورهای نامبرده، کمپرسورهای رفت و برگشتی، سانتریفوژ و جریان محوری بیشتر از سایر کمپرسورها مورد استفاده قرار می گیرند.

کمپرسورهای رفت و برگشتی Recipricating Compressor

این کمپرسورها را می توان به هر اندازه که مورد احتیاج باشد. ساخت در نوع یک مرحله ای آنها، با حرکت رفت پیستون فشار گاز از مکش تا خروجی بالا می رود. اساس کار این کمپرسورها حرکت یک پیستون داخل یک سیلندر است. که با کاهش حجم گاز، فشار آن را بالا می برند.

کمپرسورهای رفت و برگشتی یک مرحله ای را بیشتر برای فشار بین 100 تا 150 Psig به کار می برند. از کمپرسورهای دو یا چند مرحله ای زمانی استفاده می شود. که فشار خیلی بالا (مثلاً 100 Psig) مورد احتیاج باشد. اما با توجه به افزایش درجه حرارت گاز به هنگام و حالت متراکم. در کمپرسورهای چند مرحله ای، بعد از هر مرحله از یک خنک کننده استفاده می شود. تا درجه حرارت گاز را برای مرحله بعدی پایین بیاورد. چون حرکت گاز در خروجی این کمپرسورها به طور یکنواخت صورت نمی گیرد. در هر حرکت رفت پیستون، به خروجی کمپرسور ضرباتی وارد می گردد. برای جلوگیر از این ضربات و یکنواخت کردن جریان تدابیر مختلفی به کار می رود که مهمترین انها عبارتند از:

در ضربه ای کردن پیستون، یعنی اینکه پیستون هم در حرکت رفت و هم در حرکت برگشت مقداری گاز متراکم به خروجی مشترکی وارد نماید.

به کار بردن ضربه گیر یا خفه کن: (Pulsation Damper)

ضربه گیر مخزنی است که به طور وارونه در خروجی کمپرسور (اگر چند مرحله ای باشد در خروجی هر مرحله یک ضربه گیر). کار گذاشته می شود. اساس کار ضربه گیر بر پایه انبساط و انقباض گازی که وارد آن میشود استوار است. یعنی اینکه در حرکت رفت پیستون گاز درون ضربه گیر متراکم می شود. و در حرکت برگشت پیستون به علت افت فشار در خروجی کمپرسور. گاز منقبض شده درون ضربه گیر، منبسط شده، از آن خارج شدن وارد لوله خروجی کمپرسور می شود.

مزایای کمپرسورهای رفت و برگشتی:

هنگامی که احتمال تغییر وزن مولکولی گاز ورودی به تأسیسات وجود دارد. از این کمپرسورها استفاده می شود. به این علت که در این کمپرسرها عمل تراکم حساسیت زیادی به وزن مولکول ندارد. این کمپرسورها در مورد گازهای همراه با نفت (Associate Gas)، مناسب می باشند. این کمپرسورها راندمان بالاتری نسبت به کمپرسورهای سانتریفوز دارند. اما دارای سرعت کمتری نسبت به سایر کمپرسورها هستند. لذا بدون احتیاج به جعبه دنده به طور مستقیم می توانند به موتور الکتریکی متصل گردند. برای شروع حرکت نسبت به سایر انواع کمپرسورها توان کمتری لازم دارند. همچنین زمانی که میزان گاز کم باشد. نسبت به انواع دیگر ارجح هستند.

کمپرسورهای سانتریفوژ Centrifugal Compressor

در این کمپرسورها افزایش فشار گاز بر اثر افزایش سرعت آن صورت می گیرد. به این صورت که سرعت گاز بر اثر حرکت پروانه (Impeller) زیاد شده. پس از آن سرعت گاز با برخورد با پخش کننده ها کاهش پیدا می کند. و در عوض فشارش بالا می رود.

کمپرسورهای سانتریفوژ تشکیل شده اند از یک پروانه که داخل پوسته ای می چرخد. اساس کار این کمپرسورها بر پایه نیروی گریز از مرکز طراحی شده است. در کمپرسورهای سانتریفوژ فاصله بین پوسته و پروانه خیلی کم است. بنابراین جنس محور کمپرسور باید از فلز یا آلیاژی باشد. که در دورهای بالا حداقل انحنا را داشته باشد.

تا پروانه با پوسته تماس پیدا نکند. همچنین گاز ورودی به کمپرسور باید کاملاً خشک باشد. و هیچ مایعی به همراه نداشته باشد. برای همین، قبل از هر کمپرسور یک مخزن آبگیر (Knock Drum Out) قرار می دهند. تا اگر احیاناً قطرات مایعی در گاز موجود است. توسط این مخازن گرفته شود. چون قطرات مایع به پره های کمپرسور ضربه وارد کرده و آسیب می رساند.

اگر فشار خیلی بالا مد نظر باشد. باید از کمپرسورهای سانتریفوژ چند مرحله ای استفاده کرد به خاطر اینکه با افزایش فشار گاز دمای آن نیز زیاد می شود. و این افزایش دما اگر از حد معینی بیشتر شود. باعث آسیب رسانی به قطعات کمپرسور و اختلال در سیستم می شود. همچنین ممکن است با افزایش فشار، قسمتی از گاز تبدیل به مایع شود. و در این قطرات مایع ایجاد میشود و گاز باعث از بین بردن پره های کمپرسور می شود.

به دلایل مورد بیان از کمپرسورهای چند مرحله ای بکارگیری می شود. و به این ترتیب که پس از هر مرحله فشردگی، گاز را خنک کرده و مایع احتمالی در آن را توسط Intercooler. به وسیله مخازنی در بین راه گرفته سپس گاز خشک (بدون مایع) و خشک شده را به مرحله دوم می فرستند. و به این ترتیب می توان پس از چند مرحله فشردن به فشار نسبتاً بالایی دست یافت.

انتقال مواد (material handeling)

مزایای کمپرسورهای سانتریفوژ

کمپرسورهای سانتریفوژ نیاز به تعمیر کمتری دارند. و می توانند مدت زیادی را بدون وقفه در سیستم کار کنند. علاوه بر آن، این کمپرسورها اندازه کوچکتری نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی دارند.

زیرسازی کمپرسورهای سانتریفوژ کوچکتر از انواع دیگر است. و نیاز به آب یا روغن خنک کننده ندارد. چون به طور کلی محفظه این نوع کمپرسورها با هوا خنک می شود.

انتقال مواد (material handeling)

جریان خروجی از این نوع کمپرسورها یکنواخت است. و ضربه ای به بخش تخلیه کمپرسور وارد نمی کند. مزیت دیگری که این نوع کمپرسورها دارند این است که استهلاک کمتری نسبت به انواع دیگر دارند. و این به خاطر کم بودن قطعات متحرک این کمپرسور است.

معایب کمپرسورهای سانتریفوژ

کار کرد این کمپرسورها وابستگی شدید به وزن مخصوص، جرم مولکولی و نسبت Cp/Cv گاز ورودی دارد. کاهش وزن مخصوص و وزن مولکولی گاز باعث افزایش توان مصرفی کمپرسور خواهد شد. همچنین متراکم کردن گازهای با وزن مولکولی کم باعث افزایش تعداد مراحل در این کمپرسورها می شود.

با وجود مزایایی که کمپرسورهای سانتریفوژی نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی دارند، دارای راندمان کمتری نسبت به آنها هستند. موتورهای محرک کمپرسورها به دو صورت الکتریکی و توربینی است. اما با توجه به سرعت زیاد کمپرسورهای سانتریفوژی اگر برای این نوع کمپرسورها از موتورهای الکتریکی استفاده شود.

برای تغییر سرعت دوران برای گازهای متفاوت نیاز به جعبه دنده می باشد. که این امر احتمال لرزش و ارتعاش را بالا می برد. و باعث افزایش هزینه های تعمیرات و استهلاک خواهد شد. در نتیجه کنترل جریان در این کمپرسورها با سهولت کمتری انجام می شود.

کمپرسورهای جریان محوری Axial Flow Compressor

این کمپرسورها نیز مانند کمپرسورهای سانتریفوژ یک قسمت چرخان (Rotor) دارند. که سرعت سیال را بالا می برد. اما بر خلاف کمپرسورهای سانتریفوژ که جریان به صورت شعاعی می باشد. جریان به صورت موازی با محور کمپرسور حرکت می کند. ساختمان این نوع کمپرسورها به صورتی است.

انتقال مواد (material handeling)

که نصف فشار گاز در قسمت جریان (Rotor) و نصف دیگر در قسمت ثابت (Stator) تولید می شود. پره های ثابت شده. بر محور چرخان به ترتیب از قسمت مکش تا خروجی کمپرسور کوچکتر میشود. و باعث بالا رفتن فشار ساکن (Pressure Static) و انرژی جنبشی (Kinetic Energy) گاز می شود. سیستم روغن زنی و سیستم کنترل جریان در سرعت های مختلف در این کمپرسورها دقیقاً شبیه کمپرسورهای سانتریفوژ است.

انتقال مواد (material handeling)

مزایای کمپرسور جریان محوری:

این نوع کمپرسورها اخیراً مصرف صنعتی زیادی پیدا کرده. و برای حجم های خیلی بالا حتی تا 860000 فوت مکعب در دقیقه مناسب ترین کمپرسور می باشد. در مقام مقایسه با کمپرسورهای سانتریفوژ برای فشردگی یک حجم معین گاز قطر چرخان (Rotor) کمپرسور جریان محوری نصف قطر پروانه کمپرسور سانتریفوژ خواهد بود. اگر کمپرسور جریان محوری خوب طراحی و تولید شود. سرعت گاز می تواند ft/s 400 در خروجی برسد.

انتقال مواد (material handeling)

هزینه اولیه تولید یک کمپرسور جریان محوری با هزینه اولیه تولید یک کمپرسور سانتریفوژ برای انجام کار معین برابر است. ولی هزینه نیروی محرکه کمپرسور جریان محوری کمتر از هزینه نیروی محرکه کمپرسور سانتریفوژ می باشد. یعنی اینکه برای یک کار معین، کمپرسور جریان محوری توربین یا موتور برقی کوچکتری نیاز دارد. که این خود باعث کم شدن هزینه های بعدی می گردد.

معایب کمپرسور جریان محوری:

اگرچه این کمپرسورها برای جریانهای بالاتری نسبت به کمپرسورهای سانتریفوژ استفاده می شود. اما ارتفاع ارسال گاز در این کمپرسورها خیلی پایین است. و تقریباً کمتر از نصف کمپرسورهای سانتریفوژ می باشد. که به معنی این است که فشار خروجی در این نوع کمپرسورها خیلی کمتر از کمپرسورهای سانتریفوژ است.

مثلاً برای رسیدن به فشار psig 65 در دوازده مرحله فشرده کردن گاز نیاز است. که این خود باعث افزایش حجم اشغال شده توسط کمپرسور و سایر هزینه ها می شد. با توجه به موارد ذکر شده نتیجه می شود. این کمپرسورها راندمان کمتری نسبت به کمپرسورهای سانتریفوژ دارند.

پمپ ها

پمپ وسیله ای مکانیکی برای انتقال مایعات است. که با افزایش فشار جریان آن، امکان جا به جایی مایعات را به ارتفاعی بالاتر (با افزایش هد). یا حتی پایین دست (معمولاً حوضچه یا مخزن) فراهم می آورد.

به طور کلی پمپ دستگاهی است. که انرژی مکانیکی را از یک منبع خارجی اخذ و به سیال مایعی که از آن عبور می کند، انتقال می دهد. در نتیجه انرژی سیال پس از خروج از این دستگاه (پمپ) افزایش می یابد. از پمپ ها برای انتقال سیال به یک ارتفاع معین. و یا جا به جایی آن در یک سیستم لوله کشی و یا هیدرولیک استفاده می نمایند.

به عبارت کلی تر از پمپ برای انتقال سیال از یک نقطه به نقطه دیگر استفاده می کنند. پمپ ها دارای انواع مختلفی هستند. که هر کدام دارای کاربرد خاصی می باشند. مهم ترین پمپ هایی که مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:

1- پمپ های سانتریفوژ

2- پمپ های رفت و برگشتی

3- و پمپ های چرخ دنده ای

پمپ های سانتریفوژ

این پمپ ها از نوعی می باشند. که انتقال انرژی از آنها به سیال به طور دائمی انجام می پذیرد. پمپ های سانتریفوژ معمولاً نیروی محرکه خود را از طریق یک الکتروموتور (موتور الکتریکی) دریافت می کنند. انتقال نیروی محرکه از موتور به پمپ از طریق یک محور به نام شفت منتقل می شود. شفت موتور به وسیله نوعی تجهیزات مکانیکی به نام کوپلینگ به شفت پمپ متصل است. به این ترتیب انتقال نیرو به راحتی از طریق شفت موتور الکتریکی به شفت پمپ منتقل می گردد.

انتقال مواد (material handeling)

پمپ های سانتریفوژ دارای یک محفظه هستند. که حلزونی شکل است. و پوسته (Casting) معروف است. و درون آن یک یا چند چرخ قرار دارند. که روی یک محور (شفت) نصب شده اند. هر چرخ مجهز به تعدادی پره می باشد. انتقال انرژی به سیال در این قسمت انجام می شود. برای اینکه از محل خروج شفت از کیسینگ پمپ سیالی خارج نشود. و اصطلاحاً نشتی به خارج نداشته باشیم. از ابزاری به نام مکانیکال سیل استفاده شده است. نکته بسیار مهم در مورد این نوع پمپ ها هواگیری یا پرایم کردن پمپ پیش از روشن کردن آنها می باشد. یعنی پس از لاین آب نمدن پمپ اطمینان حاصل نمود. از این نوع پمپ ها در ابعاد و اندازه های مختلف برای مصارف گوناگون تولید می شوند.

پمپ های رفت و برگشتی:

این نوع پمپ ها وسایلی هستند. که انتقال انرژی از آنها به سیال به صورت پریودیک و دوره ای می باشد. نیروی محرکه این نوع پمپ ها نیز غالباً توسط موتورهای الکتریکی تأمین می گردد. در این نوع پمپ ها حرکت چرخشی میل لنگ تبدیل به حرکت رفت و آمدی پیستونی در یک سیلندر می شود.

با عقب رفتن پیستون در سیلندر ایجاد مکش میشود و در نتیجه مایع از طریق یک شیر ورودی داخل سیلندر می گردد. با حرکت پیستون به طرف جلو دریچه ورودی بسته. و مایع از طریق شیر خروجی به خارج هدایت می گردد. شیرهای ورودی و خروجی یک طرفه هستند و طوری تولید میشوند. که در مراحل رفت و آمد پیستون، از ورود مایع داخل سیلندر به قسمت کم فشار و بالعکس ممانعت شود. اگر به جای پیستون، پلانجری در داخل سیلندر رفت و آمد کند.

در این حالت به آن پمپ پلانجری می گویند. در ضمن چنانچه پلانجر دیافراگمی را حرکت دهد. پمپ از نوع دیافراگمی است. فرق میان پیستون و پلانجر در این است که طول سر پیستون کوتاه تر از مسافتی است که پیستون درون سیلندر طی می نمایند. در حالی که طول پلانجر بیشتر از طول مسافتی که طی میشود توسط آن در داخل سیلندر می باشد. از طرفی در پمپ های پیستون از حلقه یا رینگی جهت آب بندی پیستون و سیلندر بکاری گیری میشود. که روی بدنه پیستون قرار میگیرد و همراه آن حرکت می کند.

در حالی که در پمپ های پلانجری این رینگ روی سیلندر قرار دارد، و ثابت است. این پمپ ها معمولاً کم ظرفیت هستند ولی فشار خروجی سیال را می توانند تا مقدار زیادی افزایش دهند. بنابراین از این پمپ ها در جاهایی که. نیاز به جا به جا کردن سیالی با حجم کم ولی فشار بالا می باشد، استفاده می کنند. در ضمن باید به این نکته نیز توجه داشت. که جریان سیال در این پمپ ها به صورت غیر یکنواخت می باشد. نکته بسیار مهم در مورد این پمپ ها آن است. که هرگز نباید آنها را در حالی که شیر خروجی پمپ بسته است روشن نمود.

پمپ های چرخ دنده ای:

این پمپ ها نوعی از پمپ های گردشی یا روتاری می باشند. پمپ های چرخ دنده ای از دو قسمت متمایز تشکیل میشوند. یکی قسمت جداره ثابت و دیگری قسمت دوار که شامل یک محور گردان با چرخ دنده می باشد. در پمپ های چرخ دنده ای مقداری مایع بین دنده های چرخ دنده پمپ به اصطلاح به تله می افتد. و در اثر چرخیدن چرخ دنده ها این مایع به قسمت خروجی پمپ رانده می شود.

این پمپ ها به گونه ای تولید می شوند. که در آنها فاصله میان اجزاء گردنده و جداره ثابت بسیار کم می باشد. کاربرد این پمپ ها برای جا به جایی مایع یا حجم کم و فشار متوسط می باشد. نکته مهم در مورد این پمپ ها آن است که هرگز نباید آنها را در حالی که شیر خروجی پمپ بسته است روشن نمود. چرا که در این حالت، اگر هیچ شیر اطمینانی در مسیر تخلیه پمپ وجود نداشته باشد. یا خود پمپ از بین می رود و یا اینکه لوله تخلیه می شکند.

انتقال مواد (material handeling)

می توان پمپ ها را بر اساس نحوه عملکردشان به گونه ای دیگر نیز دسته بندی کرد:

  1. پمپ های سانتریفوژ (جریان شعاعی)
  2. پمپ های محوری
  3. پمپ های نیمه سانتریفوژ (یا با جریان مختلط)

1- پمپ های سانتریفوژ (شعاعی):

عملکرد این پمپ به این صورت است که در آن سیال موازی محور وارد چرخ پمپ میشود. و عمود بر آن از چرخ خارج می گردد. این پمپ ها معمولاً برای ایجاد فشارهای بالا در دبی های کم به کار می روند. بنابراین اغلب پمپ های سانتریفوژ توانایی خوبی در ایجاد فشارهای بالا دارند. پمپ های سانتریفوژ شایع ترین نمونه از پمپ ها هستند.

2- پمپ های محوری:

سیال موازی محور وارد پمپ می گردد و به طور موازی نسبت به محور از چرخ خارج می گردد. این پمپ ها برای ایجاد فشارها و دبی های متوسط به کار می روند.

3-پمپ های نیمه سانتریفوژ (مختلط):

سیال موازی محور وارد چرخ پمپ می گردد و به طور مایل نسبت به محور از چرخ خارج می گردد. این پمپ ها برای ایجاد فشارها و دبی های متوسط به کار می روند. این پمپ ها نسبت به پمپ های سانتریفوژ توانایی بیشتری در استفاده و به کارگیری دبی های بالا را دارند.

مبانی و کاربرد پمپ های گریز از مرکز (Centrifugal Pump):

اصول کار کلیه این پمپ ها بر اساس استفاده از نیروی “گریز از مرکز” پایه گذاری میشوند. هر حجمی که در یک مسیر دایره ای یا منحنی شکل حرکت کند. تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز واقع می شود. جهت نیروی مذکور طوری است. که همواره تمایل دارد که جسم را از محور یا مرکز دوران دور سازد.

قسمت های اساسی یک پمپ گریز از مرکز عبارتند از:

الکتروموتور: که شامل قسمت الکتریکی پمپ است.

کوپل یا هم محور سازی: که متصل کننده الکترومتر به شافت (محور) پمپ است.

انتقال مواد (material handeling)

هوس برینگ: که محل قرارگیری برینگ ها می باشد.

مکانیکال سیل: که محل آب بندی پمپ و جدا کننده سیال پمپاژ میشود و قسمت مکانیکی پمپ می باشد.

پره های پمپ: که با توجه به نوع کاربرد دارای انواع مختلفی می باشد.

مواد:

پمپ های سانتریفیوژ که معمولاً به بازار عرضه می شوند . دارای ترکیبات برنزی، تمام برنزی، یا دارای ترکیب آهنی می باشند. در ساختار نیمه برنزی، پروانه خلاف شافت (اگر به کار برده شده باشد). و رینگ های سایشی برنزی خواد بود. و محفظه از چدن است. این مواد ساختمانی برای قسمت های از پمپ می باشد. که در تماس با پمپاژ شده می باشد.

کاویتاسیون:

این پدیده یکی از خطرناک ترین حالت هایی است. که ممکن است برای یک پمپ به وجود آید. آب یا هر مایع دیگری، در هر درجه حرارتی به ازای فشار معینی تبخیر می شود. هرگاه در حین جریان مایع در داخل یک پمپ، فشار مایع در نقطه ای از فشار تبخیر مایع در درجه حرارت مربوطه کمتر شود. حباب های بخار یا گازی در فاز مایع به وجود می آیند. که به همراه مایع به نقطه ای دیگر با فشار بالاتر حرکت می نمایند. اگر در محل جدید فشار مایع به اندازه کافی زیاد باشد. حباب های بخار در این محل تقطیر میشود و در نتیجه ذراتی از مایع از مسیر اصلی خود منحرف میشود. و با سرعت های فوق العاده زیاد به اطراف و از جمله پره ها برخورد می نمایند. در چنین مکانی نسبت به شدت برخورد، سطح پره ها خورده میشود و متخلخل می گردد.

این پدیده مخرب در پمپ ها را کاویتاسیون می نامند. پدیده کاویتاسیون برای پمپ بسیار خطرناک بوده و ممکن است پس از مدت کوتاهی پره های پمپ را از بین ببرد. بنابراین باید از وجود چنین پدیده ای در پمپ جلوگیری گردد. کاویتاسیون همواره با صداهای منقطع شروع میشود و سپس در صورت ادامه کاهش فشار در دهانه ورودی پمپ، بر شدت این صداها افزوده می گردد. صدای کاویتاسیون مخصوص و مشخص بوده و شبیه برخورد گلوله هایی به یک سطح فلزی است. هم زمان با تولید این صدا پمپ نیز به ارتعاش در می آید. در انتهای این صداهای منقطع به صداهایی شدید و دائم تبدیل می گردد. و در همین حال نیز راندمان پمپ به شدت کاهش می یابد.

دمنده ها (Blowers)

دمنده ها نوع خاصی از کمپرسورها بوده که فشار نسبتاً کم و دبی نسبتاً زیاد دارند. حداکثر فشار قابل دسترس توسط آنها (2-1/5 بار) می باشند. دمنده های با فشار کم و دبی زیاد از نوع گریز از مرکز تولید می شوند. حال آنکه برای فشارهای بالا (نزدیک به 2 بار) و دبی کمتر نوع دورانی (Rorary) متداول تر می باشد. ساخت دمنده های از نوع تناوبی (رفت و برگشتی) عملاً منتفی است.

 

هواکش ها (Fans)

این نوع کمپرسورها عموماً برای دبی زیاد و فشار کم (تا 1-0 بار) ساخته شده و عموماً از خانواده گریز از مرکز می باشند.

کمپرسورهای اصلی (گاز پروسس و گاز خنک کننده). و همچنین اغلب پمپ ها، بلورها و فن های مورد استفاده در احیاء مستقیم از نوع سانتریفیوژ می باشند.

شرکت خشکه و فولاد پایتخت (( مدیریت : جواد دلاکان )) صنعتگران عزیز، افتخار داریم. که سی سال تجربه گرانبهای خویش را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی. و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما هموطنان کشور عزیزمان ایران ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.ارتباط با ما:
09121224227
09371901807
تلفن: 02166800251
فکس: 66800546

ارتباط با ما در شبکه های اجتماعی

https://t.me/foolad_paytakht تلگرام

https://www.instagram.com/folad_paytakht اینستاگرام

https://www.instagram.com/foolad_paytakht.ir اینستاگرام


 

جدا کننده ها (Separators)

در خطوط فرایند، گاهی اوقات سیال دارای فازهای گوناگون می باشد. و نیاز است تا آن فازها از یکدیگر جدا گردند. عملیات جداسازی فازها توسط جداکننده ها انجام می پذیرد.

عملیات جداسازی براساس خواص فیزیکی و شیمیایی مثل اندازه ذرات معلق در سیال. سرعت سیال، میل ترکیبی فازی از سیال با ماده دیگر، خاصیت چسبندگی سطحی، نقطه بخار و نقطه شبنم صورت می پذیرد.

رطوبت گیرها

آب متداولترین و نامناسب ترین ناخالصی موجود در گاز است. حضور آب در جریان گاز سبب بروز برخی مشکلات در عملیات مربوط به تولید می شود. بسته به دما و فشار موجود در تأسیسات، آب ممکن است. به مایع تبدیل میشود و منجر به تشکیل هیدارت ها. ترکیبات جامد یا در صورت حضور سازنده ای اسیدی در گاز، منجر به خوردگی شدید شود. تشکیل هیدارت چه در فرآیند و چه در حمل و نقل و انتقال صورت گیرد. باعث گرفتگی در شیرها و مسیر خطوط لوله ارتباطی گاز میشود. و سبب از کار اندازی و خرابی دستگاه های ارزشمند می شود. لذا جداسازی آب از گاز، فرایندی ضروری به شمار می رود.

رطوبت گیرها جداکننده هایی هستند که رطوبت مضر موجود در سیال را برطرف می کنند.

  • افزایش کارایی گاز (افزایش راندمان گاز)
  • افزایش خلوص محصول
  • کاهش هزینه های عملیات
  • کاهش آلودگی هوا (چون رطوبت گیرها آلودگیهای همراه با سیال را نیز می گیرند.)
  • کاهش خوردگی مجراها و افزایش طول عمر تجهیزات
  • افزایش بازیافت مایعات مفید می شود.

انتقال مواد (material handeling)

روشها و مکانیزم های زیادی برای رطوبت زدایی وجود دارد که می توان به موارد زیر اشاره نمود.

1- جدا کننده های گرانشی (Gravity Separators)

2- جدا کننده های گریز از مرکزی (Centrifugal Separators)

3- برطرف کننده های رطوبت (Mist Eliminator)

4- Filter Vane Separators

5-L/G Coalescers

Mist Eliminators

این نوع رطوب گیرها ذرات بخار موجود در سیال را که قطر آنها بین 0/01 تا 10 میکرومتر. ( μm1 = 0.001mm) است را از سیال می زدایند.

این رطوبت گیر بطور عمده در 2 نوع زیر ایجاد می شوند.

I. توری (Mesh)

II. پره ای (Vane)

اساس کار این رطوبت گیرها تفاوت اندازه و وزن ذرات معلق در گاز و همچنین چسبندگی سطحی سطوح آنها می باشد.

Mesh

مش شبکه ای است که از رشته های بهم بافته شده ساخته میشود. و جنسشان از فلز، پلاستیک و یا شیشه می باشد.

جریان گاز از بین این تارها عبور می نماید. قطرات درشت تر بخار آب موجود در گاز، به تارهای مش برخورد می کنند. و بهم می چسبند. قطرات گرفتار شده یکی می شوند. و در نهایت سقوط می کنند.

قطرهای کوچکتر همراه با جریان گاز از اطراف رشته ها عبور می نمایند.

برای حذف قطرات ریزتر از 1 میکرون طنابهای چند رشته ای پلاستیکی یا شیشه ای، درون شبکه مش بافته می شوند. محصول یک شبکه کامپوزیتی یا چند بافته می باشد.

پرکاربردترین شکل این شبکه های بهم تابیده شده (مش). بصورت پدهایی (تشک مانند) با رشته های پیچیده شده با ضخامت 4 یا 6 اینچ می باشد. که صلبیت (استحکام) آنها بوسیل? یک قاب معمولا فلزی تأمین می شود.

پدها می توانند به هر شکلی تولید شوند. اما عمدتاً دایره ای یا مستطیلی می باشند.

Vane

این نوع از رطوبت گیرها متشکل از دسته پره های ثابت و مواج با فضای کمی هستند که در جهت جریان گاز قرار می گیرند.

این ابزار عمدتاً برای ذرات ریزتر از 20 میکرون مناسب نمی باشند. اما نسبت به پدهای شبکه ای مقاوم تر بوده و افت فشار کمتری را ایجاد می کننند.

آرایه های پره ای می توانند افقی یا عمودی قرار گیرند. گاهی اوقات برای بهینه سازی می توانند در ترکیب با پدهای شبکه ای قرار گیرند.

پوشش جلوی پره ها می تواند از فلز یا پلاستیک باشد.

انتقال مواد (material handeling)

گاز از میان پره های رطوبت گیر عبور می نماید. ممنتوم (اندازه حرکت) قطرات بزرگتر، باعث می شود. که آنها در مسیر مستقیم حرکت کنند و با چرخش گاز، از گاز جدا شوند و روی پره ها بچسبند.

قطرات گیر افتاده بهم می پیوندند. و در نهایت وقتی که سنگین شدند سقوط می کنند. گاز و قطرات ریزتر از بین صفحات عبور کرده و از رطوبت گیر خارج می شوند.

ساختمان و نحو? عملکرد رطوبت گیرهای پره ای در شکل 11-5 نمایان و مشخص است.

انتقال مواد (material handeling)

ساختمان رطوبت گیرهای پره ای شبیه رطوبت گیرهای مشی می باشد. با این تفاوت که در این نوع بجای بکارگیری از بسته های مش از بسته های پره ای استفاده می شود.

رطوبت گیرهایی که در روش پرد جهت احیاء اکسید آهن مورد استفاده می باشد. از نوع مش می باشد. در رطوبت گیر شوینده ها از نوع پره ای آنها بکارگیری شد.

Inlet Mist Eliminator

این نوع از رطوبت گیرها ذرات گرد و غبار و همچنین رطوبت، که اندازه آنها بزرگ تر از 5 میکرون (5 μm) می باشند. را از جریان گاز جدا می کنند. و توان جدا کردن ذرات کوچکتر را ندارند. به همین دلیل معمولاً آنها را بعد از شوینده های گاز (Gas Scrubbers) و قبل کمپرسورها قرار می دهند. تا ذرات بزرگ گردوغبار و رطوبتی که برای کمپرسورها و کارایی آنها مصر می باشند بر طرف گردند.

از لحاظ ساختمانی شبیه دیگر رطوبت گیرها می باشند. با این تفاوت که داخل آنها آب نیز پاشش می شود.

انتقال مواد (material handeling)

در فرایند احیاء چون کمپرسورهای گاز پروسس و گاز خنک کننده از نوع سانتریفیوژ می باشند. برای جلوگیری از ایجاد آسیب به آنها، از این نوع رطوبت گیر در ورودی کمپرسورها نصب می شود.

کولرها (Coolers)

از این تجهیزات جهت خنک کردن گاز استفاده می شود.

عملکرد کلی آنها به این شکل است که گاز از پایین وارد تجهیز میشود. و آب سرد از بالا توسط یکسری دوش روی گاز پاشش می شود. و گاز سرد میشود از قسمت بالای کولر خارج می شود. چون معمولاً گازی که برای خنک سازی به کولر ارسال می شود. یک گاز تمیز و یا با آلودگی کم است. آب خارج میشود و از کولرها بعد از خنک سازی پروسس آب تمیز بر می گردد.

انتقال مواد (material handeling)

برای بالا روی عملکرد این تجهیزات از عدل هایی شامل موادی از جنس استنلس استیل بکار می رود. که باعث افزایش سطح تماس گاز با آب میشود و در نتیجه دمای گاز بیشتر کاهش می یابد. عملکرد این عدلها به این این شکل است که آب از بالا روی این عدل ها پاشش می شود. و آنها را کاملاً خیس می نماید. سپس گاز از قسمت پایین وارد بسته ها میشود و دمایش کاهش می یابد.

در بعضی موارد نیاز است که گاز خروجی از کولر دارای رطوبت کمی باشد. (مثلاً خروجی کولر گاز عایق در پروس احیاء). در این موارد در قسمت خروجی گاز کولر از عدل های مش و یا پره جهت رطوبت گیری استفاده می شود.

در شکل 11-7 نمایی از این تجهیز نمایان و مشخص است.

انتقال مواد (material handeling)

شستشو دهنده گازها (Gas Scrubbers)

غبارگیرهایی که از مایعات استفاده می کنند. به عنوان اسکرابر شناخته می شوند. در این سیستم ها مایع پاک کننده (معمولاً آب) وارد تماس با جریان گاز حاوی ذرات غبار می شود. افزایش سطح تماس گاز با مایع موجب افزایش راندمان جداسازی می شود.

دامنه گسترده ای از اسکرابر وجود دارد اما تمامی این سیستم ها از سه بخش اصلی تشکیل می شوند.

الف) رطوبت زن

فرایند رطوبت زنی موجب تجمع ذرات ریز و افزایش توده های بزرگتر خواهد شد. و جمع آوری غبارات را آسان تر می سازد.

ب) تماس مایع و گاز

این بخش از جمله مهم ترین مسائلی است که راندمان غبارگیری را تحت تأثیر قرار می دهد. ذرات و قطرات به وسیله چهار مکانیزم رایج در تماس با هم قرار می گیرند.

اول- جداسازی به کمک اینرسی

زمانی که قطرات در مسیر جریان هوای غبار آلود قرار می گیرند. جریان هوا شکافته میشود و دور قطرات جریان می یابد. به سبب وجود اینرسی، ذرات غبار بزرگ حرکت خود را در مسیر مستقیم ادامه خواهند داد. و یا قطرات آب برخورد کرده و به دام می افتند.

دوم-جداسازی به کمک حائل

انتقال مواد (material handeling)

ذرات غبار ریز به همراه جریان هوا عبور کرده و با قطرات آب به صورت مستقیم برخورد نمی کنند. اما با عبور از روی ذرات بزرگتر به آنها می چسبند.

سوم – جداسازی به کمک نفوذ

زمانی که قطرات آب در میان ذرات غبار دچار پراکندگی می شوند. ذرات غبار بر روی سطوح قطره به سبب وجود حرکت براونی و یا نفوذ ته نشین می شوند. این روش اساس فرآیند جمع آوری ذرات غبار با ابعاد پایین تر از میکرون است.

چهارم- جداسازی به کمک کندانس کردن

اگر جریان گاز عبور کننده در اسکرابر تا یک حد مشخص سرد شود. رطوبت بر روی ذرات غبار کندانس میشود. و باعث افزایش وزن و اندازه ذرات می گردد. که این امر منجر به سهولت در جمع آوری آنها خواهد شد.

ج) جداسازی مایع از گاز

بدون در نظرگیری روش تماس مورد بکار گیری، باید تا حد ممکن مایعات و غبارات موجدو جداسازی شوند. در ابتدا تماس به وقوع می پیوندد و ترکیب قطرات آب و غبارات به وجود می آید. با افزایش ابعاد، این ذرات در غبارگیر به سکون خواهند رسید. ذراتی که به حد کافی سنگین شدند. به پایین سقوط می کنند. برای جداسازی ذرات بزرگ تر به گاز حرکت چرخشی ایجاد می شود. قطرات آب و غبار در اثر نیروی گریز از مرکز، از گاز جدا شد و به بدنه اسکرابر برخورد نموده و سقوط می کنند. آب کثیف خارج میشود و از اسکرابر نیز یا پاکسازی میشود و تخلیه می شود و یا دوباره به اسکرابر باز گردانی میشود.

این تصویر دارای صفت خالی alt است؛ نام پرونده? آن y476946_.jpg است

در بعضی از انواع اسکرابرها از یک رطوبت گیر پره ای و یا مش برای جذب ذرات رطوبت در خروجی بکارگیری می شود.

انتقال مواد (material handeling)

این تصویر دارای صفت خالی alt است؛ نام پرونده? آن c604112_.jpg است
این تصویر دارای صفت خالی alt است؛ نام پرونده? آن u747080_.jpg است

رطوبت گیری که در این نوع شوینده استفاده می شود. از نوع پره ای می باشد. که همزمان با چرخش آب رطوبت را از گاز می گیرد.

برای آغشتگی بهتر ذرات غبار با آب از عدلهایی (Packing) شامل موادی از جنس پلی پروپیلن بکارگیری می شود. آب روی این بسته ها ریخته می شود. و گاز از پایین وارد این بسته ها شده و با آب مخلوط می شود.

سیستم های غبارگیر (Dust Collection Systems)

غبارگیر سیستمی است که به منظور افزایش کیفیت هوای خارج شده. از پروسس های صنعتی و تجاری، از طریق جمع آوری غبارات و یا سایر آلوده کننده های محیطی. و از جریان هوا و یا گاز، مورد استفاده قرار می گیرد.

از این تجهیزات در صنایع چاپ و گاغذ، نساجی، چوب بری و نجاری، رنگ، شیمیایی. پتروشیمی، نفتی، کارخانه های احیاء اکسید آهن و صنایع فولاد سازی استفاده می شود.

غبارگیرها ار می توان به دو نوع کلی خشک و تر تقسیم نمود:

1- غبارگیر خشک (Bsg Filter):

این دستگاه در صنایع مختلف معدنی نظیر کاشی، چینی ، پودرهای میکرونیزه، صنایع سیمان، فولاد و… کاربرد دارد.

در این دستگاه غبار ایجاد شده از دستگاه های مختلف توسط هودها و کانال ها از منافذ غبارخیز جمع آوری. و به صورت شناور در بستر سیال عامل به سمت دستگاه غبارگیر منتقل می شوند. که این انتقال توسط یک دستگاه فن با ایجاد فشار منفی در داخل شبکه و دستگاه ها انجام می گیرد. سرعت انتقال در داخل کانالها تابع از خواص فیزیکی ذرات غبار می باشد. ولی محدوده مجاز طراحی بین 10-20 متر بر ثانیه در نظر می گیرند.

غبار به همراه هوا وارد محفظه اصلی دستگاه (اتاق کثیف) می گردد. و سپس از کیسه هایی که از جنس الیاف با خواص و دانسیته متفاوت تولید شدند. عبور کرده و غبار روی کیسه ها به جای می ماند. و هوایی که تصفیه میشود پس از عبور از محفظه تمیز وارد فن و از اگزوز خارج می گردد.

کیسه ها پس از مدت زمان خاصی توسط غبار پوشش خواهند شد. و در این زمان سنسور اختلاف فشار که اختلاف فشار هوا قبل و بعد از کیسه را کنترل می نماید. فرمان تمیز کاری را صادر می کند. سیستم تمیزکاری شامل یک دستگاه میکروکنترلر منبع هوای متراکم. شیرهای برقی جهت عبور هوای تمیزکاری، شبکه لوله های هوای متراکم و ونتوری های مربوطه می باشد. به این ترتیب وقتی که میزان افت فشار قبل و بعد از کیسه ها به مقدار مشخصی برسد.

میکروکنترلر فرمان باز شدن به شیر برقی را صادر می نماید. و شیر برقی در زمانی حدود 100 تا 250 هزارم ثانیه باز و هوای متراکم. با فشار 6 بار از طریق لوله ها به دهنه کیسه که ونتوری می باشد. هدایت می گردد که باعث ایجاد یک موج ضربه روی کیسه ها و تخلیه غبار کیسه ها می گردد.

این عمل آنقدر ادامه پیدا می کند. که اختلاف هد کیسه ها به میزان دلخواه برسد. و کیسه ها تمیز گردد. کیسه ها در این دستگاه معمولاً دارای ابعاد 120×2500 و 160×3000 و160×3500 میلی متر می باشند. که به صورت ردیفی در مجموعه 8 تایی و 12 تایی چینش می شوند. و هر ردیف را یک شیر برقی تغذیه می نماید.

محدوده مجاز سرعت تصفیه روی کیسه ها از 5/0 الی 5/4 متر بر دقیقه می باشد. که سرعت فوق بستگی به قطر ذره و خواص فیزیکی و میزان خورنده بودن ذره غبار دارد.

میزان افت فشار داخل دستگاه نیز تابعی از سرعت تصفیه جنس پارچه ها است. که در محدوده 100-250 میلی متر آب می باشد.

جرم غبار معلق در هر متر مکعب هوای قبل از فیلتر معادل 120 گرم در متر مکعب می باشد. که پس از تصفیه به 5 میلی گرم در یک متر مکعب می رسد.

در صورتی که جرم غبار بیش از مقدار فوق باشد. نیاز به استفاده از سیکلون قبل از فیلتر می باشد.

سرعت مجاز هوا در کانالهای ورودی دستگاه (شبکه غبارگیری) معمولاً بین 10 -m/s20 طراحی می گردد. که این نیز به دانسیته و سایز ذرات غبار بستگی دارد.

ظرفیت دستگاه معمولاً بر اساس متر مربع سطح فیلتراسیون بیان می گردد. که پارامتری که بیان شد تابعی از حجم هوای مکشی و میزان غبار موجود می باشد.

انتقال مواد (material handeling)

این تصویر دارای صفت خالی alt است؛ نام پرونده? آن l637267_.jpg است

غبارگیر تر:

در دستگاه غبارگیر تر، غبار مکش شده توسط فن وارد قسمت ابتدایی دستگاه (ونتوری) می گردد. خود مجموعه ونتوری از سه قسمت اصلی ورودی، گلویی و خروجی تشکیل گردیده است.

هوای غبار آلوده در سطح گلویی سرعتی نزدیک به 70 تا 120 متر بر ثانیه پیدا خواهد کرد. و از طرف دیگر آب توسط نازل در گلویی نیز به روی غبار پاشش می گردد. آب در مقطع گلویی به دلیل فشار و سرعت بالا اتمایز می گردد. و ری ذرات غبار می نشیند. غبار خیس که در اثر آب پاشیده شده سنگین تر شده است. به صورت مماسی وارد محفظه اصلی دستگاه می گردد.

همانطور که قبلاً در قسمت رطوبت گیرها نیز ذکر گردید. وجود آب در سیکل گازی باعث بروز مشکلات زیادی برای کیفیت و میزان تولید (کاهش راندمان) و همچنین کاهش عمر تجهیزات مربوط می گردد.

در بعضی مواقع لازم است که از رطوبت و بخار موجود در گاز. بخاطر حساسیت بالای موضوع، تا میزان قابل توجهی کم شود. (برای مثال در فرآیند احیاء مستقیم آهن، در گاز عایق (Seal Gas) که در ارتباط با محصول می باشد. و برای جلوگیری از اکسید شدن دوباره محصول لازم است گاز بطور قابل قبولی آب زدایی گردد.)

انتقال مواد (material handeling)

برای این منظور باید گاز را آب زدایی نمود.

روش های مختلف فرایند آب زدایی گاز عبارتند از:

  1. روش جذب در مایع بوسیله مایعات نمگیر
  2. روش جذب جامد بوسیله جامدات نمگیر
  3. میعان بوسیله فشرده کردن یا سرد کردن گاز

انتخاب روش اب زدایی بستگی به شرایط گاز (اجزای تشکیل دهنده، فشار، دما و دبی) و میازن آب زدایی دارد. مقدار آب موجود در گاز را می توان با نقطه شبنم گاز در فشار و دمای مورد نظر مشخص کرد.

1- آب زدایی به روش جذب در مایع

جذب توسط حلال، رایج ترین فرآیندی است که به منظور آب زدایی گاز طبیعی در صنعت بکار می رود. در حالت کلی در یک فرایند جذب، گازی که باید فرآوردی شود. در یک برج سینی دار یا پر میشود با حلالی که خاصیت جذب انتخابی دارد. به طور غیر همسو در تماس قرار می گیرد. اگر حلالی که از بالای برج وارد آن می شود، خالص باشد. مقدار گردش حلال و تعداد سینی ها و یا ارتفاع پرکن ها را در برج می توان به گونه ای تنظیم کرد.

تا میزان خلوص گاز در هنگام خروج از برج، منطبق با معیارهای مشخص شده باشد. حلالی که از برج جذب خارج می شود. جهت بازیابی به یک ستون تقطیر که اغلب در فشار پایینتری نسبت به برج قبلی عمل می کند، ارسال می شود. پس از بازیابی، حلال دوباره به سمت برج جذب برگردانده می شود.

برخی مایعات قابلیت جذب آب از گاز را دارا می باشند. اما تعداد کمی از آنها از نظر اقتصادی مناسب هستند. به طور کلی حلالی برای آب زدایی مناسب است. که دارای خصوصیات زیر باشد.

گرایش شدید نسبت به آب

قیمت کم

غیر خورنده

گرایش کم نسبت به هیدروکربن ها و گازهای اسیدی

انتقال مواد (material handeling)

پایداری حرارتی

بازیافت آسان

گرانروی پایین

فشار بخار پایین در دمای تماس

حلالیت کم در هیدروکربن ها

تمایل کم برای تشکیل کف و معلق شدن

جهت نم زدایی، هر یک از محلول های زیر می توانند مورد استفاده قرار گیرند:

کلسیم کلراید

لیتیم کلراید

متانول

اتیلن گلایکول با علامت اختصاری EG و فرمل شیمیایی H6O2 C2

دی اتیلن گلایکول با علامت اختصاری DEG و فرمول شیمیایی H10O3 C4

تری اتیلن گلایکول با علامت اختصاری TEG و فرمول شیمیایی H14O4 C6

و پس از تماس با سطح، آب غبارها را در مخزن آب به جای می گذارد. و هوای تمیز که همراه با مقداری آب و غبارهای سوپر فاین (بسیار ریز) می باشد. به سمت بالا حرکت می نماید. که از آنجا وارد واحد سپراتور (جدا کننده) می گردد. که در این واحد هوا و غبار و آب در معرض یک میدان چرخش شدید قرار می گیرد. و غبار و آب به سمت جداره حرکت کرده و هوای تمیز از اگزوز خارج می گردد. میزان افت فشار در خود دستگاه با توجه به افزایش و یا کاهش سرعت در گلوگاه ونتوری متغیر می باشد. که در محدوده 200 تا 400 میلی متر آب متغیر می باشد.

سرعت در گلوگاه نیز تابعی از دانسیته و قطر ذرات غبار می باشد.

این دستگاه جهت تصفیه گاز محلول در آب نیز مورد استفاهد قرار می گیرد.

این تصویر دارای صفت خالی alt است؛ نام پرونده? آن u183567_.jpg است

غبارگیرهای سیکلون دار:

سیکلون ها از مهمترین وسایلی هستند. که بر اساس خاصیت گریز از مرکز به جمع آوری ذرات می پردازند. مکانیزم آنها یکی از مؤثرتین روش های جداسازی و جمع آوری ذرات درشت محسوب شده. و به همین دلیل در مقیاس صنعتی به طور وسیعی در سیستم های کنترل ذرات مورد استفاده قرار می گیرند.

انتقال مواد (material handeling)

سیکلون مخروط ناقص فلزی یا پلاستیکی وارونه ای است. که هوا حاوی ذرات از روزنه ای در جدار آن وارد شده و پس از حرکت مارپیچ به طرف پایین. سرانجام بواسطه تغییر مسیر در انتهای سیکلون از قسمت بالای آن خارج می شود. هنگام چرخش هوا در سیکلون، ذرات درشت (غیر قابل استنشاق) به دلیل نیروی گریز از مرکز. از جریان هوا جدا شده و در قسمت پایین وسیله جمع می شوند.

ریزتر (قابل استنشاق) نیز همراه جریان هوا به طرف مجرای خروجی حرکت کرده. و در صورت قرار دادن فیلتر در مسیر جریان هوا، بر روی فیلتر بدام می افتند. از مزایای این وسیله می توان به قیمت مناسب، سهولت استفاده. بی نیازی به مواد خاص و عدم احتمال ورود مجدد ذرات به جریان هوا اشاره کرد.

عموماً از این تجهیز در موارد ذیل در ورودی غبارگیرها استفاده می شود.

1- در مواقعی که بار غبار هوای ورودی به فیلترهای کیسه ای بیش از ظرفیت آنها باشد. قبل از غبارگیر کیسه ای از سیکلون برای کاهش بار غبار استفاده می شود.

انتقال مواد (material handeling)

2- زمانی که ذرات معلق در هوا دارای جرم حجمی بالا باشند.

3- در مواقعی که ذرات معلق درشت باشند.

غبارگیرهای سیکلونی بیشتر قابلیت جذب ذراتی را دارند که ابعاد آنها حداقل 20 میکرون باشد. و ذرات کوچکتر معمولاً همراه هوای خروجی از سیکلون خارج می شود. در شرایط معمولی راندمان سیکلون ها حدود اً 85% می باشد. که بستگی به شرایط مختلفی از جمله میزان و ابعاد ذرات معلق، سرعت هوا و ابعاد و طرح سیکلون دارد. در مواردی که حجم هوای مورد تصفیه بالا باشد. جهت افزایش دبی هوای عبوری از غبارگیر، بدون اینکه فشار افت زیادی داشته باشد. از چند سیکلون بصورت موازی استفاده میشود.

افت فشار در این دستگاه ها حدوداً 80 الی 150 میلی متر آب می باشد. که بستگی به نوع سیکلون و سرعت تصفیه در سطح مقطع سیکلون دارد.

سرعت تصفیه در سطح مقطع (مؤلفه عمودی جریان هوا) معمولاً بین 2 تا 5/4 متر بر ثانیه انتخاب می گردد. افزایش این مؤلفه با افزایش راندمان و افت بیشتر فشار همراه است.

سرعت جریان هوا در داخل سیکلون که برابر با سرعت ورودی آن فرض می شود. معمولاً بین 20 الی 25 متر بر ثانیه انتخاب می گردد. افزایش این سرعت به بیش از 30 متر بر ثانیه. و یا کاهش آن به کمتر از 15 متر بر ثانیه باعث افت قابل ملاحظه راندمان می گردد.

غبارگیری که در فرآیند احیاء اکسید آهن به روش پرد مورد استفاده قرار می گیرد. از نوع مرطوب و دارای سیکلون در ورودی آن می باشد.

هوای غبار آلوده از قسمت های مختلف مثل خروجی کوره، مخزن ذخیره روزانه. مخازن ذخیره محصول و محل استقرار غربالها، توسط هود جمع آوری شده و برای غبار زدایی وارد غبار گیرها می شوند. و از پایین سیکلون، جهت بارگیری به درون یک مخزن (Dust Bin) می ریزند. هوا از بالای سیکلون توسط داکت های رابط به درون یک ونتوری وارد می شود. آب توسط نازل های تعبیه شده در ونتوری طی دو مرحله متفاوت بر روی هوا پاشیده می شود. شایان ذکر است که آب مصرفی از پروسس آب گرم می باشد. که این خود یک صرفه جویی و کاهش مصرف آب تمیز در روش پرد به شمار می آید.

هوای مرطوب پس از خروج از ونتوری وارد یک اسکرابر می شود. و در اثر حرکت چرخشی، ذرات غبار همراه با آب از هوا جدا میشود. و هوای تمیز از بالای اسکرابر خارج می گردد. که توسط یک فن از طریق دودکش به هوای آزاد ارسال می شود.

آب خروجی از اسکرابر درون یک حوضچه ریخته و توسط پمپ هایی به کلاریفایر فرستاده می شود.

خشک کن ها (Dryers)