آهن اسفنجی
ریمیت آهن اسفنجی چیست؟ در یک تعریف ساده میتوان ریمیت آهن اسفنجی را مادهای کلوخه مانند معرفی کرد که پس از ذوب شدن به منظور تولید شمش، میلگرد و اسلب در صنایع فولادسازی مورد استفاده قرار میگیرد. این ماده به عنوان متریال اولیه در بسیاری از صنایع کاربرد دارد. آشنایی بیشتر با کاربردها و روشهای تولید این محصول نیز مباحث مهمی در بررسی این پرسش تعریف میشوند. در این مقاله قصد داریم تا در این موارد توضیحات جامعی را ارائه دهیم.
آهن اسفنجی محصول عملیات احیای مستقیم سنگآهن است که دارای عیار بالای آهن بوده، جایگزین مناسبی برای قراضه جهت ذوب است. تولید آهن اسفنجی از سنگآهن، عموما به دو روش گازی (Gas Based) یا استفاده از زغالسنگ (Coal Based)، برای احیای آهن صورت میپذیرد. معمولا در کشورهایی که دارای ذخایر گاز هستند، از روش گازی استفاده میگردد. در ایران نیز به طور مثال، فولاد خوزستان و فولاد مبارکه از گاز به عنوان ماده احیا کننده استفاده میکنند. شناختهشدهترین روشهای احیای مستقیم گازی روشهای میدرکس و HYL هستند. شرکت MMTE ایران و نیز شرکت ایریتک دارای لیسانس ساخت کارخانههای احیای مستقیم (از کوبه استیل ژاپن) با تکنولوژی میدرکس هستند.
۳/۶۶درصد فولاد خام جهان به کمک روش کوره بلند و ۲/۳۱درصد آن نیز به روش احیای مستقیم و استفاده از کورههای الکتریکی تولید میگردد. با وجود آنکه بیشتر تولید فولاد خام در جهان به وسیله روش کوره بلند تولید میشود، اما موارد ذیل استفاده از روش احیای مستقیم و کورههای الکتریکی را، مخصوصا در ایران، توجیهپذیرتر میکنند :
– با توجه به استفاده از قراضه آهن، این روش سریعتر است.
-هزینه راهاندازی یک واحد کوره بلند نسبت به یک واحد احیای مستقیم و کوره الکتریکی در ظرفیتهای متناظر، بالاتر است. به طور مثال در محاسبات شرکت ملی فولاد، میزان سرمایهگذاری مورد نیاز، به ازای تولید هر تن فولاد با توجه به مفروضات ذیل انجام میگیرد:
کوره بلند (شامل کک سازی، آگلومراسیون، کوره بلند، کانورتر و ریختهگری مداوم شمش) ۵۱۰ دلار
روش دیگر (شامل گندلهسازی، احیای مستقیم، کوره قوس الکتریکی و ریختهگری مداوم شمش) ۴۳۰ دلار
– کک متالورژیکی که یکی از مواد اولیه مورد نیاز کورههای بلند است، از زغالسنگ کک شو به دست میآید که منابع آن در ایران محدود است. همچنین این ماده عمدتا وارداتی و گرانقیمت است. برای تولید هر تن آهن خام به روش کوره بلند، طبق استانداردهای جهانی به حداقل ۵/۱ تن سنگ آهن و ۴۵۰ کیلوگرم کک متالورژیکی نیاز بوده که گاهی این مقدار تا ۳ تن سنگ آهن و ۱۰۰۰ کیلوگرم کک هم افزایش مییابد. در نتیجه با توجه به آنکه میتوان از گاز به عنوان ماده احیاکننده در روش احیای مستقیم استفاده نمود و با وجود منابع عظیم گاز در ایران، عملا روش کوره بلند مزیت خود را از دست میدهد.
– روش کوره بلند محدودیتهای زیستمحیطی بیشتری نسبت به روش احیای مستقیم دارد.
– آهن اسفنجی عیار بالاتری نسبت به آهن خام دارد.
– کوره بلند در ظرفیتهای بالا (حداقل یک و نیم میلیون تن در سال) دارای توجیه اقتصادی بیشتری است، در حالیکه از روش احیای مستقیم میتوان در واحدهای کوچک فولادسازی نیز با توجیه اقتصادی مناسب استفاده کرد.
– آهناسفنجی را میتوان به صورت آهن گرم کلوخه شده (HBI) درآورده، به سهولت حمل یا ذخیره کرد. در صورتیکه که حمل آگلومره که خوراک کوره بلند است سخت تر می باشد .
– در فرآیند احیای مستقیم میتوان از گازطبیعی بدون حذف ناخالصیهای آن استفاده کرد.
در عین حال شرکتهای ذوبآهن اصفهان، فولاد میبد، فولاد زاگرس، ذوبآهن غرب کشور و فولاد زرند طبق برنامه چهارم توسعه، در مجموع حدود ۵ میلیون تن فولاد، از طریق روش کوره بلند تولید خواهند کرد که با توجه به پتانسیلهای موجود در کشور، به نظر کافی میآیند.
روش های تولید آهن اسفنجی
بطور کلی روش های تولید آهن اسفنجی به دو گروه دسته بندی می شود:
1- روش های مبتنی بر گاز 2 – روش های مببتنی بر ذغال سنگ
که در هر دو روش، هدف جدا کردن اکسیژن موجود در انواع مختلف سنگ های آهن
(سنگ آهن، کنسانتره، پوسته اکسیدی، گندله و …) برای تبدیل سنگ آهن به فلز آهن
در دمای کمتر از نقطه ذوب آن است. (کمتر از 1200 درجه سانتیگراد). و می توان گفت
که تولید آهن با فرآیند احیای آهن (آهن اسفنجی) تقریبا صرفه جویی در مصرف انرژی
نیز هست. چرا که که حرارت و سوخت کمتری نیاز دارد و به کوره های بلند سنتی نیازی نیست.
DRI (نام اختصاری آهن اسفنجی) غالبا در کوره های قوس الکتریکی تبدیل به فولاد
می شود تا حداکثر بهره برداری از حرارت صورت گیرد.
عیار آهن اسفنجی:
عیار و میزان آهن موجود در sponge iron، بین ۸۴ الی ۹۵ درصد می باشد.
عیار بالای اهن اسفنجی موجب شده منبع مناسبی برای تولید آهن و فولاد باشد.
همان طور که اشاره شداهن اسفنجی از بازیافت کانی آهن طبیعی یا فرآوری شده
که به دمای ذوب نرسیده است، حاصل می شود. احیا سنگ آهن در ایران اغلب
با استفاده از فن آوری میدرکس انجام می شود.
کاربرد آهن اسفنجی:
آهن اسفنجی به خودی خود مفید نیست اما می تواند در
تهیه آهن نرم مورد استفاده واقع شود. اسفنجی که از کوره جدا شده یک بلومری
نامیده می شود و بطور متوالی از یک چکش سنگین ضربه می خورد تا لایه های
سرباره و اکسایش و کربن آن زدوده شود و همچنین آهن متراکم تر شود. این
عمل موجب شکل گرفتن آهن نرم (یا اصطلاحا آهن ساخته) می شود که حدود
سه درصد آن را سرباره و درصد کمی را ناخالصی ها تشکیل می دهند. اقدامات بعدی ممکن
است همراه با افزودن مقداری کربن بصورت کنترل شده و عملیات حرارتی مختلف باشد.