آهن اسفنجی چیست؛ روش‌های تولید و کاربرد

آهن اسفنجی چیست؟

فرآیند تولید فلز اسفنجی

مزایای استفاده از اتو اسفنجی چیست؟

کاربردهای آهن اسفنجی

تفاوت بین بریکت و اتو قارچی چیست؟

تفاوت بین پلت و آهن اسفنجی

کارخانه های آهن اسفنجی

شاید نام عجیب آهن اسفنجی را در اخبار و یا در بازار بورس دیده باشید. محصولی که کسب و کار آن در چند وقت اخیر رشد زیادی داشته و گزینه ای جذاب برای خریداران محسوب می شود. آهن اسفنجی یا گلوله مذاب حاصل بازیافت مستقیم سنگ آهن است که یکی از ویژگی های قابل توجه آن محتوای بالای آن است. این ویژگی مهم آن را به جایگزینی مناسب برای ضایعات آهن تبدیل کرده و همواره مورد توجه کارشناسان قرار گرفته است. در سال های اخیر روش ها و فناوری های مختلفی مانند کوره تونلی، میدرکس و … برای تولید کارآمدتر آن ابداع شده است. این در حالی است که ایران با بهره گیری از تلاش متخصصان داخلی در ده ها واحد صنعتی کوچک و بزرگ در سراسر کشور، فناوری ساخت آهن اسفنجی را با درصد بالایی بومی سازی کرده و هم اکنون دومین تولیدکننده بزرگ جهان است.

در این مقاله سعی شده است بیشتر و واضح تر در مورد این محصول توضیح داده شود، پس اگر سوالات زیادی در مورد آهن مرجانی دارید، اصلا نگران نباشید! پاسخ را در زیر خواهید یافت.

به گفته کارشناسان فلز آنلاین:

آهن اسفنجی یا DRI (Direct Reduced Iron) ماده ای است که از احیای سنگ آهن به دست می آید. اکنون می توان تا 50 درصد آهن اسفنجی را در کوره های القایی جایگزین کرد.

آهن اسفنجی چیست؟

آهن اسفنجی یا DRI (آهن احیا شده مستقیم) ماده ای است که از احیای سنگ آهن (به صورت کلوخه، گلوله یا سرباره) یعنی بدون ذوب به دست می آید. در طی فرآیند احیای مستقیم و به دلیل آزاد شدن اکسیژن گازی، سنگ آهن به قطعات کروی تبدیل می شود که دارای منافذ کوچکی در سطح اسفنج مانند هستند. همین ظاهر دلیل بر نامگذاری خاص این محصول است

میزان آهن موجود در اسفنج بین 84 تا 95 درصد است که ارزش بالایی دارد. در جدول زیر ترکیب شیمیایی و چگالی محصول فولادی به دو شکل مختلف گلوله ای و نرم نشان داده شده است.

در سال های اخیر بیش از 5 درصد فولاد مصرفی در سراسر جهان از این نوع آهن ساخته شده است. با توجه به آلودگی هوای زیاد، مشکلات زیست محیطی در سایر روش های تولید آهن و همچنین ارزان بودن آهن اسفنجی، پیش بینی می شود میزان استفاده از این محصول در آینده افزایش یابد.

در سال 1388 برای اولین بار در ایران و استان یزد کارخانه ای از این محصول برای کوره القایی استفاده کرد. پس از آن کارخانه های دیگر نیز شروع به استفاده از این محصول کردند اما به دلیل عدم آگاهی از فرآیند شارژ، کربن بالا و … زمان ذوب کوره القایی افزایش یافت. به طور کلی، بازخورد اولیه در مورد این محصول رضایت بخش نبود. اما به تدریج و به مرور زمان سازندگان توانستند راندمان کوره ها را بهبود بخشند و به استفاده از آهن اسفنجی ادامه دهند.

آهن اسفنجی به طور گسترده در صنعت فولاد استفاده می شود.

روشهای تولید آهن اسفنجی

فولادسازی با احیای مستقیم، در جایی که آهن اسفنجی در دسترس است، در مقایسه با سایر روش های فولادسازی، نسبتاً جدید است و ظهور آن در جهان در دهه 1970 با گاز طبیعی آغاز شد، اگرچه استفاده از زغال سنگ سابقه طولانی دارد.

فن آوری های زیر برای تولید آهن اسفنجی با گاز طبیعی استفاده می شود:

• میدرکس

• جیغ بزن

• استاد

در بین این سه فناوری، Midrex و HYL بیشترین استفاده و تولید را دارند.

در روش میدرکس، 67 درصد سنگ آهن به طور مستقیم با استفاده از گازهای کراکینگ احیا می شود. به این ترتیب گاز طبیعی در یک کراکر گازی با کمک گرما و کاتالیزورهای ویژه شکسته می شود و هیدروژن و مونوکسید کربن آزاد می شود. سپس این دو گاز وارد کوره احیاء می شوند و با اکسیژن موجود در آهن مذاب ترکیب می شوند و سنگ آهن را کاهش می دهند و در نتیجه آهن اسفنجی باکیفیت به دست می آید. آهن اسفنجی که در دمای 600 درجه تولید می شود، برای تصفیه به کوره های قوس الکتریکی (EAF) فرستاده می شود و تولید فولاد آغاز می شود.

در روش HYL علاوه بر استفاده از گاز طبیعی ترک خورده به عنوان ریفرمر، از بخار برای افزایش میزان هیدروژن تولیدی نیز استفاده می شود. بنابراین در این روش مقدار هیدروژن بسیار بیشتر از مونوکسید کربن بوده و نقش کاهنده اصلی را ایفا می کند. کوره احیا مشابه کوره میدرکس است، اما فشار محیط واکنش در سطح بالاتری (7 اتمسفر) تنظیم می شود، به طوری که واکنش ها با سرعت مورد نظر پیش می روند.

روش های زیر نیز برای تولید آهن اسفنجی با استفاده از زغال سنگ استفاده می شود:

روش فر تونلی

SL/RN

کوره تونلی دارای ساختار بلند و بلندی است که از آجرهای مقاوم در برابر آتش ساخته شده و ریل های مخصوصی در پایین آن قرار داده شده است. فرآیند توسعه یافته در این کوره به ترتیب شامل سه فاز پیش گرمایش، بازسازی و خنک سازی می باشد. آهن اولیه به صورت پودر از این تونل عبور می کند و در مجاورت زغال سنگ قرار می گیرد و با گرمای حاصل از احتراق گاز طبیعی با اکسیژن موجود در هوا بازسازی می شود.

روش SR/NL یکی از قدیمی ترین فرآیندهای پالایش است و ایده آن از کوره افقی تولید سیمان گرفته شده است. در این کوره، ذغال داغ با زغال چوب به عنوان عامل کاهنده ترکیب می شود تا آهن اسفنجی به دست آید.

روش میدرکس برای ساخت اسفنج های فلزی چیست؟

کاربردی ترین و رایج ترین روش ساخت اسفنج، روش میدرک است. برای تولید آهن اسفنجی از این طریق، ابتدا گاز طبیعی وارد واحد کراکر گازی شده و پس از دریافت گرما و فرآیندی پیچیده، به هیدروژن و کربن تبدیل می شود. هیدروژن و کربن حاصل از گاز طبیعی وارد کوره القایی یا کوره احیا می شود تا با گلوله سنگ آهنی که قبلاً در کوره پخته شده است ترکیب شود تا سنگ آهن را احیا کرده و آهن اسفنجی تولید کند.

روش Midrex از این نظر بسیار محبوب است، زیرا به تولید کننده اجازه می دهد تا با حداکثر کاهش مصرف گاز به بالاترین بازده ممکن دست یابد. در حال حاضر ایران و جهان برای تولید آهن اسفنجی بیشتر به این روش متکی هستند. سوال اصلی این است که تفاوت اصلی بین فرآیندهای Midrex و HYL برای تولید آهن اسفنجی چیست؟ پاسخ کوتاه و واضح است. دلایل اصلی مصرف برق بسیار بالا و ظرفیت تولید محدود است.

تفاوت بین کوره احیا و کوره میدرکس چیست؟

روش دیگر تولید آهن اسفنجی استفاده از روش HYL است. در این روش با استفاده از گاز طبیعی ترک خورده از عوامل دیگری مانند بخار آب نیز برای تولید بیشتر هیدروژن استفاده می شود. با این حال، در فرآیند HYL، مقدار هیدروژن تولید شده بیشتر از مقدار مونوکسید کربن است که می تواند مستقیماً سنگ آهن را کاهش دهد. کوره های احیا عملکردی مشابه کوره های میدرکس دارند، اما فشار محیط بیشتر خواهد بود (معادل 7 اتمسفر).

روش های مختلفی برای تولید آهن اسفنجی وجود دارد.

راه های دیگر تولید آهن اسفنجی چیست؟

از دیگر روش های مورد استفاده برای تولید آهن اسفنجی می توان به کوره تونلی و روش SL/RN اشاره کرد. کوره تونلی بسیار طولانی است و شامل 3 مرحله گرمایش، بازیافت سنگ آهن و خنک سازی است. به این ترتیب سنگ آهن به صورت شکسته وارد کوره می شود و با قرار گرفتن در کنار زغال سنگ و در برابر حرارت ناشی از سوختن گاز طبیعی و اکسیژن به آن رفرماسیون می گویند.

اما فرآیند SL/RN برای ساخت فولاد اسفنجی چیست؟ در این فرآیند به جای گاز طبیعی از زغال سنگ برای احیای سنگ آهن برای تولید آهن اسفنجی با استفاده از کوره های تخت استفاده می شود.

مزایای استفاده از اتو اسفنجی چیست؟

همانطور که قبلا ذکر شد، تقریباً 5 درصد از بازار آهن جهانی را آهن اسفنجی تشکیل می دهد. این آمار نشان دهنده اهمیت این فرآورده های آهنی در صنایع مختلف است. اما چه مزایایی در شکم اسفنج نهفته است که می تواند آن را به محصولی بسیار مهم تبدیل کند؟ در زیر مزایای مهم اسفنج را خلاصه می کنیم:

• اسفنج بهترین جایگزین برای ضایعات آهن است.

• کوره های القایی یا واحدهای احیا مستقیم نسبت به کوره بلند هزینه کمتری دارند.

• آهن اسفنجی نسبت به سایر فرآورده های آهنی کیفیت بهتری دارد.

• حمل و حمل اسفنج به صورت آهن داغ با قطعات (HBI) بسیار آسان و بی دردسر است.

• برای تولید مستقیم آهن اسفنجی می توان از گاز طبیعی بدون حذف ناخالصی ها استفاده کرد.

• بازده اقتصادی فلزات اسفنجی بسیار بالاست و می توان با تولید آنها از راندمان بالایی برخوردار شد.

استفاده از آهن اسفنجی

با توجه به کمیاب بودن فلزی که برای استفاده از آهن و سایر مصنوعات فلزی استفاده می شود، یافتن ماده مناسب برای آن مهم است. آهن اسفنجی محصولی است که می تواند جایگزین فولاد در کوره های القایی برای تولید این محصولات شود.

امروزه تا 50 درصد آهن اسفنجی را می توان در کوره های القایی جایگزین کرد. علاوه بر این، آهن اسفنجی در ریخته‌گری به سه شکل شمش، بشقاب و میلگرد مورد استفاده قرار گرفت و تحول بزرگی در این صنعت ایجاد کرد. برای اطلاع از ضایعات و انواع آن می توانید اتو را به صورت آنلاین بررسی کنید.

بریکت ها برای حمل و نقل دست و پا گیر کمتری دارند و ذخیره سازی آنها راحت تر است و آجرها در برابر سایش و زنگ زدگی مقاوم تر هستند. کمتر احتمال ایجاد تخلخل دارد. بسته به نوع ماده و دمایی که بریکت در آن انجام می شود، سه نوع وجود دارد.

بریکت های داغ

آجر سرد

زغال سنگ نرم بهداشتی

آهن اسفنجی چیست؛ روش‌های تولید و کاربرد

بریکت های داغ در دمای 650 درجه سانتیگراد تولید می شوند و پرطرفدارترین و پرکاربردترین نوع بریکت هستند. بریکت های خنک و نرم در دمای اتاق ساخته می شوند، اما انواع مواد به کار رفته در آنها متفاوت است.

تفاوت بین بریکت و اتو اسفنجی چیست؟

بریکت ها در واقع شبیه آهن اسفنجی هستند با این تفاوت که در قالب های بزرگتر قرار می گیرند و در نهایت فشرده می شوند. بریکت ها به دو روش بریکت سرد و گرم قابل تولید هستند و در انواع بریکت گرم، بریکت آهن اسفنجی نرم و بریکت آهن اسفنجی سرد موجود خواهند بود.

بریکت گرم، بریکت فولادی سرد

در فرآیند بریکت بر اساس آهن اسفنجی داغ یا HDRI در دمای بالای 650 درجه سانتی گراد تولید می شود و مواد افزودنی در دمای محیط وارد فرآیند بریکت می شوند.

این محبوب ترین بریکت موجود است و حمل و نقل آن آسان خواهد بود. از این 2 نوع محصول شامل بریکت نرم و بریکت سرد به دست می آید.

بریکت با آهن اسفنجی متفاوت است.

تفاوت بین پلت و آهن اسفنجی

کنسانتره آهن ماده اولیه اصلی در تولید گلوله است که به دلیل وجود ذرات ریز نمی‌تواند مستقیماً در فرآیند احیا استفاده شود. گلوله های ساخته شده از مخلوط کنسانتره آهن و برخی مواد افزودنی دیگر را گلوله می گویند. این گلوله ها در ابتدا به صورت خام و سپس جوش داده شده و در طی فرآیند بازسازی به روش ذکر شده به آهن اسفنجی تبدیل می شوند. بنابراین گندله ماده اولیه تولید آهن اسفنجی است. چدن را گلوله های متخلخل نیز می نامند که برای استفاده در کوره های احیا باید دارای خواص مکانیکی و شیمیایی خاصی باشد.

سایر مواد اولیه برای تولید گندله آهن عبارتند از:

بنتونیت

اهک

مواد آلی

شکوفه های پرتقال

آقا

سیمان

کارخانه های تولید آهن اسفنجی

همانطور که گفته شد تولید و استفاده از آهن اسفنجی در ایران از سال 1368 آغاز شد و سابقه کوتاهی دارد اما اکنون جالب است بدانید که کشور ما در کنار هندوستان یکی از بزرگترین تولیدکنندگان آهن اسفنجی در جهان است. شکی نیست که این امر حاصل فعالیت مستمر کارآفرینان کوچک و بزرگ صنعتی در سراسر کشور است.

فولاد مبارکه اصفهان و شرکت‌های تابعه آن مانند فولاد هرمزگان جنوب، صنایع معدنی فولاد سنگان و فولاد امیرکبیر کاشان از جمله این شرکت‌ها هستند که بسیاری از فعالیت‌های خود را در سراسر کشور گسترش داده‌اند.

کارخانه های مختلف اسفنج آهنی را تولید می کنند.

یکی دیگر از برندهای مطرح کشور در این بخش، شرکت توسعه آهن و فولاد گلگره است که گام بلندی در راستای بومی سازی کنسانتره، گندله، احیای و تولید فولاد برداشته و توانسته تا 80 درصد تجهیزات مورد نیاز را تامین کند. در این بخش در داخل کشور.. این کارخانه در سال گذشته بیش از 3 میلیون تن آهن اسفنجی را در بازار به فروش رساند که بیش از 90 درصد آن در داخل کشور مصرف شد.

در بسیاری از کشورها از جمله ایران، تأسیسات تولید اسفنج و فلز با هم ساخته می‌شود و اتفاقاً خود تولیدکنندگان نیز مصرف‌کننده هستند، بنابراین سود این محصول ناشی از عدم تعادل بین تولید و مصرف در این واحدها است. آهن اسفنجی همواره یکی از قیمت های آهن ضایعات و البته ماده اصلی تولید پروفیل و محصولات فلزی محسوب می شود و تاثیر و اهمیت آن در بازار جهانی به وضوح نمایان است.

آخرین کلمه

آهن اسفنجی که در فرآیندهای سنگ آهن نرم (کنسانتره) به دست می آید، به عنوان ماده اولیه برای تولید انواع محصولات فولادی استفاده می شود. با توجه به حجم تولید زیاد و قیمت پایین تر در کشور یکی از محصولات مناسب صادراتی به شمار می رود و سود خوبی از تجارت خود می برد. با این حال، مانند همه کالاها، قیمت آن به وضعیت اقتصاد جهانی و داخلی بستگی دارد.

نظر شما در مورد آینده این محصول چیست؟ آیا ثابت می ماند و میزان تولید فراتر از نیاز داخلی خواهد بود یا شرایط متفاوتی که صنعت تولید با آن مواجه است؟