آخرین تحلیل‌ها
آهن حاصل از احیای مستقیم: یک ماده مفید برای تغذیه ­ی کوره ­های القایی

آهن اسفنجی چیست؛ روش‌های تولید و کاربردها

آخرین بروزرسانی: دوشنبه ۲۴ شهریور ۱۳۹۹ 0

شاید نام عجیب آهن اسفنجی (sponge iron) قبلا در اخبار یا روی تابلوی معاملات بورس کالا به چشمتان خورده باشد. محصولی که تجارت آن در چند وقت اخیر رونق زیادی پیدا کرده و گزینه جذابی برای خریداران به شمار می‌رود. آهن اسفنجی یا همان گندله متخلخل، حاصل احیای مستقیم سنگ‌آهن است که یکی از ویژگی‌های قابل ‌توجه آن، داشتن عیار بالاست. این خاصیت مهم باعث شده که جایگزین مناسبی برای آهن قراضه شود وهمواره مورد توجه متخصصان قرار بگیرد. در طی سال‌های اخیر روش‌ها و تکنولوژی‌های گوناگونی مانند کوره‌ی تونلی، میدرکس و… برای تولید پربازده‌تر آن ابداع شد. در این میان ایران با بهره‌گیری از تلاش متخصصان داخلی در ده‌ها واحد صنعتی کوچک و بزرگ در سراسر کشور، تکنولوژی ساخت آهن اسفنجی را تا درصد بالایی بومی‌سازی کرده و هم‌اکنون دومین تولیدکننده‌ بزرگ آن در جهان به شمار می‌رود.
در این مقاله سعی شده درباره‌ این محصول توضیحات بیشترو روشن‌تری ارائه شود، پس اگر سوالات زیادی درباره‌ی آهن اسفنجی در ذهنتان شکل گرفته اصلاً نگران نباشید! در ادامه جوابشان را پیدا خواهید کرد.

آهن اسفنجی یا DRI (آهن احیای مستقیم) ماده‌ای است که از احیای سنگ‌آهن (به شکل کلوخه، گلوله یا خاکروبه) به صورت مستقیم یعنی بدون ذوب کردن، به دست می‌آید. امروز در کوره‌های القایی می توان تا ۵۰ درصد آهن اسفنجی را جایگزین ضایعات کرد.

آهن اسفنجی چیست؟

آهن اسفنجی یا DRI (آهن احیای مستقیم) ماده‌ای است که از احیای سنگ‌آهن (به شکل کلوخه، گلوله یا خاکروبه) به صورت مستقیم یعنی بدون ذوب کردن، به دست می‌آید. در طی فرآیند احیای مستقیم و به دلیل خروج گاز اکسیژن، سنگ‌آهن به قطعه‌هایی کروی شکل تبدیل می‌شود که مانند اسفنج در سطح خود دارای سوراخ‌های کوچکی است. همین ویژگی ظاهری علت نام‌گذاری خاص این محصول شده است.

میزان عیار آهن اسفنجی بین ۸۴ تا ۹۵ درصد است که مقدار بالایی به شمار می‌رود. در جد.ل زیر ترکیب شیمیایی و چگالی این محصول فولادی در دو شکل متفاوت کلوخه و نرمه نمایش داده می‌شود.

در سال‌های اخیر بیش از ۵ درصد فولاد مصرفی جهان ازاین نوع آهن به دست آمده است. با توجه به میزان بالای آلایندگی هوا، مشکلات زیست محیطی موجود در سایر روش‌های تولید آهن و همچنین مناسب‌تر بودن قیمت آهن اسفنجی انتظار می‌رود که میزان استفاده از این محصول در آینده بیشتر نیز بشود.
در سال ۱۳۸۹ برای اولین بار در ایران و در استان یزد کارخانه‌ای از این ماده در کوره‌ القایی خود استفاده کرد. به دنبال آن کارخانه‌های دیگر نیز شروع به استفاده از این محصول کردند اما به دلایلی مانند عدم آشنایی با روش‌ شارژ، بالا بودن کربن موجود و… زمان ذوب در کوره‌های القایی افزایش پیدا کرد. درمجموع بازخورهای اولیه‌ از این محصول رضایت‌بخش نبود. اما به تدریج و با گذشت زمان تولید‌کنندگان توانستند با روش‌هایی راندمان کوره‌ها را افزایش داده و استفاده از آهن اسفنجی را ادامه دهند.

 

جدول عناصر شیمیایی و چگالی آهن اسفنجی

 

روش‌های تولید sponge iron

تولید آهن به روش احیای مستقیم که آهن اسفنجی از آن حاصل می‌شود، در مقایسه با سایر شیوه‌های تولید آهن جدیدتر است و پیدایش آن در جهان به دهه ۷۰ میلادی برمی‌گردد. در روش‌های احیای مستقیم ماده‌ احیاکننده‌ مورد استفاده، می‌تواند ذغال‌سنگ یا گاز طبیعی باشد که البته استفاده از ذغال‌سنگ سابقه‌ی طولانی‌تری دارد.
برای تولید آهن اسفنجی با استفاده از گاز طبیعی از فناوری‌های زیر استفاده می‌شود:
• میدرکس
• HYL
• Purofer
از بین این سه فناوری، میدرکس و HYL پرکاربردتر و پربازده‌تر هستند.
در روش میدرکس، سنگ‌آهن دارای عیار ۶۷ درصد، بدون نیاز به واسطه و با استفاده از گازهای شکسته‌ شده احیا می‌شود. به این شکل که گاز طبیعی به‌ وسیله‌ حرارت و کاتالیزورهای خاصی، در واحد شکست گاز تجزیه شده و هیدروژن و کربن مونواکسید آزاد می‌کند. سپس این دو گاز وارد کوره‌ احیا شده، با اکسیژن موجود در آهن مذاب ترکیب می‌شوند و سنگ‌آهن احیا می‌شود، در نتیجه آهن اسفنجی با عیار بالا به دست می‌آید. آهن اسفنجی تولید شده در دمای ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد، جهت تصفیه به کوره‌های قوس الکتریکی (EAF) منتقل شده و عملیات فولادسازی روی آن آغاز می‌شود.
در روش HYL علاوه‌ بر استفاده از گاز طبیعی شکسته شده به عنوان احیاکننده، از بخار آب نیز برای افزایش مقدار هیدروژن تولید شده استفاده می‌کنند. بنابراین در این روش مقدار هیدروژن نسبت به مونواکسید کربن بسیار بیشتر بوده و نقش عامل اصلی احیاکننده را ایفا می‌کند. کوره‌ احیا نیز مشابه همان کوره‌ میدرکس است، ولی فشارمحیط واکنش در سطح بالاتری (۷ اتمسفر) در نظر گرفته شده تا واکنش‌ها با سرعت موردنظر انجام شود.

برای تولید آهن اسفنجی با استفاده از زغال‌سنگ نیز از روش‌های زیر استفاده می‌شود:

  • روش کوره‌ی تونلی
  • SL/RN

کوره‌ تونلی دارای ساختاری بلند و طویل است که از آجرهای نسوز ساخته شده و در کف آن ریل‌های مخصوص قرار داده می‌شود. فرآیند طراحی شده در این کوره به ترتیب شامل سه مرحله‌ پیش‌گرمایش، احیا و خنک شدن است. آهن اولیه به شکل پودر از این تونل عبور کرده و در مجاورت ذغال‌سنگ قرار می‌گیرد و در اثر حرارت ناشی از سوختن گاز طبیعی با اکسیژن هوا احیا می‌شود.

روشSR/NL از قدیمی‌ترین فرآیندهای احیا به شمار می‌رود و ایده‌ آن از کوره‌ افقی تولید سیمان گرفته شده است. در این کوره‌ ذغال‌سنگ حرارتی به عنوان ماده‌ احیاکننده با ذغال‌سنگ ترکیب شده و آهن اسفنجی تولید می‌شود.

 

 

کاربردهای آهن اسفنجی

با توجه به کمبود آهن قراضه که جهت تولید شمش و سایر محصولات فولادی به کار می‌رود، یافتن جایگزین مناسبی برای آن دارای اهمیت است. آهن اسفنجی محصولی است که می‌تواند برای تولید این محصولات، در کوره‌های القایی جایگزین آهن ضایعاتی شود.

امروز در کوره‌های القایی می توان تا ۵۰ درصد آهن اسفنجی را جایگزین ضایعات کرد. همچنین آهن اسفنجی درریخته گری به سه شکل بیلت، اسلب و میلگرد کاربرد داشته و تحول عظیمی در این صنعت ایجاد کرده است.
نوع فشرده ‌شده‌‌ آهن اسفنجی که به آن بریکت (Briquette) گفته می‌شود مشکلات حمل و نقل کمتری داشته و ذخیره‌سازی آن نیز آسان‌تر است. علاوه بر این بریکت مقاومت بالاتری در برابر ساییدگی و زنگ‌زدگی هم دارد و احتمال ایجاد تخلخل (جدایی سطح) در آن کم‌تر است. با توجه به نوع مواد و دمایی که در آن بریکت‌زنی انجام می‌شود سه نوع بریکت وجود دارد:
  • بریکت گرم
  • بریکت سرد
  • بریکت نرمه
بریکت گرم در دمای بیشتر از ۶۵۰ درجه سانتی‌گراد تولید شده و شناخته شده‌ترین و پرکاربردترین نوع بریکت به شمارمی‌رود. بریکت‌های سرد و نرمه در دمای محیط تولید می‌شوند ولی نوع مواد استفاده شده در آن‌ها متفاوت است.

 

نمایی از ضایعات آهنی که آهن اسفنجی جایگزین آن است.

نمایی از ضایعات آهنی

 

 

 

تفاوت گندله و آهن اسفنجی

کنستانتره‌ سنگ‌آهن ماده‌ی اصلی اولیه در تولید گندله است که به دلیل ریز بودن ذراتش، امکان استفاده‌ مستقیم از آن در فرآیند احیا وجود ندارد. گلوله‌هایی که از ترکیب کنستانتره‌ سنگ‌آهن و چند نوع مواد افزودنی دیگر تولید می‌شوند را گندله می‌گویند. این گلوله‌ها در ابتدا خام هستند و سپس پخته و سخت می‌شوند و در فرآیند احیا با روش‌های گفته شده به آهن اسفنجی تبدیل می‌گردند. بنابراین گندله ماده‌ اولیه برای تولید آهن اسفنجی است. به آهن اسفنجی گندله‌ متخلخل نیز می‌گویند که باید ویژگی‌های مکانیکی و شیمیایی خاصی را برای استفاده در کوره‌های احیا داشته باشد.
سایرمواد اولیه برای تولید گندله‌ سنگ‌آهن عبارتند از:
  1. بنتونیت
  2. شیرآهک
  3. ماده‌ی آلی
  4. آهک
  5. آب
  6. سیمان

کارخانه‌های تولیدکننده آهن اسفنجی 

همانطور که اشاره شد تولید و استفاده از آهن اسفنجی در ایران از سال ۸۹ شروع شده و سابقه‌ کوتاهی دارد ولی جالب است بدانید که هم‌اکنون کشور ما در کنار هندوستان از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان آهن اسفنجی در جهان به شمار می‌رود. بدون شک این امر حاصل تلاش بی‌وقفه‌ واحدهای صنعتی کوچک و بزرگ در سراسر کشور بوده است.
فولاد مبارکه‌ی اصفهان و زیرمجموعه‌های آن مانند فولاد هرمزگان جنوب، صنایع معدنی فولاد سنگان و فولاد امیرکبیر کاشان و… از جمله‌ این شرکت‌ها هستند که سهم بزرگی از تولید آن در کشور را به خود اختصاص داده‌اند.
یکی دیگر از برندهای مطرح کشور در این حوزه، شرکت توسعه و آهن فولاد گل‌گهر است که گام بزرگی در بومی سازی تولید کنستانتره، گندله، احیا و تولید فولاد برداشته و توانسته تا ۸۰ درصد ابزارهای مورد نیاز در این بخش را در داخل کشور تامین کند. این کارخانه در سال گذشته بیش از ۳ میلیون تن آهن اسفنجی به بازار عرضه کرده که از این مقدار بیش از ۹۰ درصد آن به مصرف داخلی رسیده است.
در بیشتر کشورها از جمله ایران واحدهای تولید آهن اسفنجی و فولاد در کنار هم ساخته می‌شوند و به نوعی خود تولیدکنندگان مصرف‌کننده‌ آن هستند، بنابراین تجارت این محصول برآیندی از عدم توازن بین تولید و مصرف در این واحدها است.

 

نمایی از کارخانه تولید کننده آهن اسفنجی

نمایی از احیای آهن اسفنجی در کارخانه تولید کننده

 

جمع‌بندی

آهن اسفنجی که در طی فرآیندهایی از نرمه (کنستانتره‌) سنگ‌آهن به دست می‌آید به عنوان ماده‌ اولیه برای تولید محصولات فولادی مختلف به کار می‌رود. با توجه به حجم بالای تولید و قیمت پایین‌تر آن در کشور، یکی از محصولات مناسب صادراتی به شمار می‌رود و تجارت آن سود خوبی دارد. با این وجود، قیمت آن مانند تمامی کالا‌ها تابعی از وضعیت اقتصاد جهانی و داخلی است.
شما درباره‌ آینده‌ این محصول چگونه فکر می‌کنید؟ آیا هم‌چنان ثبات خود را حفظ کرده و میزان تولید آن بیشتر از نیاز داخلی خواهد بود یا ممکن است وضعیت متفاوت‌تری پیش روی کارخانه‌های تولیدکننده قرار داشته باشد؟

 
تاریخ انتشار: یکشنبه ۶ آبان ۱۳۹۷
اشتراک گذاری
دیدگاه بگذارید
  مشترک شدن  
اطلاع از
جداول وزنی مشاهده کنید
ارائه فاکتور رسمی
ارسال به سراسر کشور
اینستاگرام مشاهده صفحه
×
ورود / ثبت‌نام
شماره موبایل خود را وارد کنید.

مثال: 09123456789

رمز عبور خود را وارد کنید.

فراموشی رمز عبور

کد تایید را وارد کنید.
پیامک کد تایید به ارسال شد.
ارسال مجدد کد تایید