با رشد و گسترش فولادسازی در سراسر جهان، نیاز به منبع قابل استخراج آهن افزایش خواهد یافت. صرف نظر از مسیر تولید فولاد، برای هر کاربرد آهن، روش احیای مستقیم سنگ آهن وجود دارد؛ از این روش برای تولید آهن اسفنجی استفاده می‌شود.
آهن اسفنجی یک ماده اولیه فلزی بر پایه سنگ معدن است که با حذف اکسیژن شیمیایی از گلوله‌های اکسید آهن و سنگ معدن بدون نیاز به فرآیند ذوب ساخته می‌شود. احیای مستقیم سنگ آهن (DRI) دارای مقدار زیادی آهن و مقدار کمی مس و سایر فلزات نامطلوب و مقداری نیتروژن است.
فهرست مطالب
این روش برای تولید طیف وسیعی از محصولات فولادی کاربرد دارد که از انواع مصالح ساختمانی تا بدنه خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرد. احیای مستقیم سنگ آهن موجب افزایش کیفیت محصول، تولید میلگرد مرغوب و صفحات بدون درز می‌شود. با توجه به ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آن می‌توان گفت برای استفاده در کوره قوس الکتریکی (EAF)، کوره بلند (BF) و تولید فولاد بر پایه اکسیژن مناسب است.
بخوانید: ساخت میلگرد | آشنایی جامع با فرآیند تولید میلگرد
روش احیای مستقیم سنگ آهن، محصول احیای مستقیم سنگ آهن در حالت جامد توسط مونوکسید کربن و هیروژن حاصل از گاز طبیعی یا زغال سنگ است. اکثر کارخانه‌های احیا مستقیم گاز، بخشی از آسیاب‌های فولادی یکپارچه هستند که در مجاورت کارخانه فولاد کوره قوس الکتریکی (EAF) واقع شده‌اند. آهن اسفنجی می‌تواند به صورت گرم یا سرد به کوره ریخته شود.
روش تولید آهن اسفنجی
کاهش مستقیم آهن عبارت است از حذف اکسیژن از سنگ آهن یا سایر مواد آهن دار درحالت جامد، البته این روش مانند روش کوره بلند بدون ذوب شدن انجام می‌شود. عوامل کاهنده، مونوکسید کربن و هیدروژن هستند که از گاز طبیعی اصلاح شده، گاز سنتز یا زغال سنگ ناشی می‌شوند. سنگ آهن بیشتر به شکل گلوله یا گندله استفاده می‌شود.
واکنش‌های شیمیایی دخیل در کاهش مستقیم آهن به شرح زیر است:
فرآیند احیای مستقیم سنگ آهن
چند روش برای کاهش مستقیم سنگ آهن وجود دارد:
- فرآیند تولید با کوره بر پایه گاز – 75/8 درصد تولید آهن اسفنجی را شامل می‌شود. در فرآیند مبتنی بر گاز عمدتا از گندله سنگ آهن به عنوان ماده اولیه استفاده می‌کنند، اما گاهی اوقات با ریختن سنگ معدن در کوره در طول فرآیند گازی، از ریز سنگ آهن به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود.
- فرآیند گازی بستر سیال – 0/2 تولید آهن اسفنجی را شامل می‌شود.
- کوره دوار بر پایه زغال سنگ که بیشتر در هند قابل مصرف است و 24 درصد از تولید را شامل می‌شود. در این فرآیند از سنگ معدن در حجم زیاد و از گندله به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود.
تمامی این آمارها مربوط به سال 2019 می‌باشد.
در ایران برای احیای آهن اسفنجی، بیشتر از روش گازی استفاده می‌کنند.
روش تولید آهن اسفنجی با استفاده از گاز در سه حالت میدرکس و HYL و Purofer انجام می‌شود که دو روش اول متداول‌تر و پرکاربردتر هستند.
روش میدرکس
در این روش گاز طبیعی با کمک کاتالیزور و حرارت، در واحد شکست گاز تجزیه شده و مونواکسید کربن و هیدروژن آزاد می‌کند. سپس این دو گاز در کوره احیا با اکسیژن ترکیب می‌شود و سنگ آهن احیا شده تولید می‌گردد. سنگ آهن تولیدی با این روش دارای 67 درصد عیار می‌باشد.
روش HYl
در این روش از بخار آب علاوه بر گاز طبیعی برای افزایش مقدار هیدروژن استفاده می‌شود. نسبت کربن مونواکسید در روش HYI کمتر از مقدار هیدروژن است.
در تولید آهن اسفنجی با زغال سنگ از دو روش کوره تونلی و Sl/RN استفاده می‌شود.
حمل و نقل و انتقال آهن اسفنجی
حمل و نقل آهن اسفنجی از منابع یا کارخانجات تولید فولاد به کارخانه ساخت میلگرد و محصولات آهنی و یا ارسال به کشورهای دیگر، چالش‌هایی به همراه دارد که بایستی همراه با مراقبت‌های لازم انجام شود. آهن اسفنجی به عنوان یک ماده بسیار کاهش یافته، تمایل به اکسید مجدد دارد و یک واکنش گرمازا است. بنابراین بدون اقدامات احتیاطی مناسب در حمل و نقل و ذخیره سازی آن، خطر گرم شدن و آتش سوزی وجود دارد. آهن کاهش یافته را با نام محموله با خطر شیمیایی و در رده مواد خطرناک طبقه بندی و ارسال می‌کنند. لازم است در جو بی اثر حمل شود که در این راستا معمولا از نیتروژن کمک می‌گیرند.
حمل و نقل آهن اسفنجی باید تحت شرایط مناسب مراقبتی انجام گردد تا از آتش سوزی و ایجاد خطر جلوگیری شود.
بخوانید: ترکیبات سنگ آهن | روش استخراج و تبدیل آن به فولاد
فولادسازی با آهن اسفنجی
تولید فولاد در کوره قوس الکتریکی در سراسر جهان در حال رشد می‌باشد. در سال‌های اخیر شاهد افزایش عرضه و استفاده از آهن خام، آهن اسفنجی و آهن گرم کلوخه شده (HBI) که به آن بریکت آهن هم گفته می‌شود، بودیم. روش احیای مستقیم سنگ آهن به عنوان جایگزین ضایعات در نظر گرفته می‌شود و منبعی برای تولید فولاد می‌باشد. کارخانجاتی که از آهن قراضه استفاده می‌کردند، می‌توانند آهن اسفنجی را جایگزین آن بکنند.
این آهن یک ماده فلزی با درصد آهن بالا است و برای تولید محصولات با کیفیت آهن و فولاد استفاده می‌شود. می‌توان آهن اسفنجی را به صورت سرد ارسال کرد ولی به صورت داغ هم می‌توان به کوره اضافه کرد.
مزایای استفاده از آهن اسفنجی
- تجزیه و تحلیل شیمیایی قابل پیش بینی و یکنواخت
- دارای تعادل در جرم و حرارت
- محتوای کربن را می‌توان تنظیم کرد
- جابجایی راحت‌تر از آهن قراضه
- می‌توان مقدار نیتروژن در فولاد را کنترل کرد.
- می‌توان به طور مداوم به کوره اضافه کرد.
از آهن اسفنجی در ساخت تختال، شمش و میلگرد استفاده می‌شود. به طوری که بعد از احیا و ذوب آن به کارخانه مربوطه ارسال می‌گردد. این ماده دارای سطحی متخلخل بوده که بیشتر به شکل کروی مصرف می‌شود. آهن قراضه بعد از انتقال به کارخانه ذوب بلافاصله به کوره منتقل می‌شود و مراحل ذوب را پشت سر می‌گذارد در حالی که آهن اسفنجی برای رسیدن به مرحله ذوب باید چند مرحله دیگر را طی کند و می‌توان گفت این تنها عیب آهن اسفنجی می‌باشد.
بخوانید: انواع شمش برای تولید میلگرد | مشخصات بهترین شمش‌ها برای ساخت میلگرد
جمع بندی
آهن اسفنجی ماده‌ای است که از سنگ آهن تولید می‌شود و برای ساخت انواع محصولات آهنی و فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مزیت اصلی آهن اسفنجی استفاده از آن بجای آهن قراضه می‌باشد. این محصول در مقایسه با آهن قراضه دارای کیفیت بالایی می‌باشد که موجب تولید میلگرد و محصولات با کیفیت‌تری می‌شود.
قیمت آهن آلات به صورت لحظه‌ای در سایت عصر آهن بروز رسانی می‌شود، همچنین برای تهیه انواع آهن آلات، تیرآهن و میلگرد می‌توانید با مشاورین ما در عصرآهن با شماره ۰۴۱۳۳۲۵۰۲۸۰ در تماس باشید. مشاورین ما در زمینه خرید اقلام مربوطه راهنمای شما خواهند بود.
