تولید آهن اسفنجی و معرفی 4 روش برتر تولید آن

تولید آهن اسفنجی یکی از مهم‌ترین عملیات صنعتی است که در کارخانه‌ها انجام می‌شود. این متریال از احیای مستقیم سنگ‌ آهن به‌دست‌آمده و طی یک سری عملیات که به صورت بی‌واسطه انجام می‌گردد، بدون استفاده از ذوب سنگ‌آهن، اکسیژن آن به طور کامل حذف خواهد شد. در این روش گندله‌سازی سنگ‌آهن با عیار 67 درصد انجام شده و حاصل آن آهن اسفنجی خواهد بود. این آهن پس از ذوب و احیا در مرحله فولادسازی، طی فرایندی تحت عنوان ریخته‌گری، به شکل محصولاتی که در صنعت و ساختمان‌سازی استفاده می‌شوند به کار می‌رود. معمولاً به اشکال بیلت، تختال یا اسلب و میلگرد مورد استفاده قرار خواهد گرفت. در این مقاله به بریکت آهن اسفنجی، تولید آهن اسفنجی، کوره تونلی آهن اسفنجی، تولید کنندگان آهن اسفنجی و شرکت های تولید کننده آهن اسفنجی می‌پردازیم. جهت دریافت آخرین قیمت پروفیل میتوانید کلیک کنید.

تولید آهن اسفنجی بر اساس گندله‌سازی یعنی گلوله‌هایی که از خرد شده سنگ‌آهن به دست می‌آیند نخست به‌صورت خام و سپس در مرحله‌ای مجزا به‌صورت پخته شده سخت می‌شوند. برای احیا به روش‌های صنعتی تولید آهن در کوره بلند یا روش‌های دیگر احیای مستقیم استفاده خواهد شد. تولید آهن اسفنجی موجب ایجاد شکل ظاهری کروی شکل یعنی گندله می‌شود. به دلیل این که ساختاری اسفنجی دارد به آن آهن اسفنجی می‌گویند. در حال حاضر حدود 5 درصد از کل آهن تولیدی در جهان به این روش تولید می‌گردد. تولید آهن اسفنجی از احیای مستقیم سنگ‌آهن انجام خواهد شد.

مراحل تولید آهن اسفنجی

مراحل تولید آهن اسفنجی شامل 7 مرحله مهم می‌شود؛ که با استفاده از دو ماده زغال سنگ و گاز طبیعی فرآیند احیا مستقیم انجام می‌شود و منجر به تولید آهن اسفنجی می‌شود. در ادامه با تمام مراحل تولید این آهن آشنا می‌شویم. 

1. تهیه مواد اولیه: برای تولید این نوع آهن به سنگ آهن، سنگ آهک و ماده احیا کننده نیاز است. در صورتی که ماده احیا کننده زغال سنگ باشد، زغال سنگ و سنگ آهن به ذرات کوچک تبدیل می‌شوند و سنگ آهن به عنوان روان کننده در این فرآیند عمل می‌کند.
2. مخلوط کردن: مرحله بعدی با مخلوط کردن سنگ آهن پودر شده و سنگ آهک و زغال سنگ انجام می‌شود و محصول آن را بار می‌نامند که ماده اولیه کوره دوار است.
3. گرمایش: در مرحله بعدی مواد آماده شده در مرحله قبل وارد کوره دوار شده و توسط سیستم مشعل گرم می‌شود. دمای کوره در این مرحله بین 1100 تا 1200 درجه سانتی‌گراد است.
4.  کاهش: با حرکت با در کوره واکنش‌های شیمیایی انجام می‌شود که باعث احیای اکسید آهن (Fe2O3) موجود در سنگ آهن و تبدیل آن به فلز آهن می‌شود. در صورتی که زغال سنگ ماده احیا کننده باشد کربن مونوکسید(CO) تولید شده از زغال سنگ باعث احیا می‌شود.
5. خنک سازی: پس از خروج آهن از کوره آن را با استفاده از هوا با آب خنک می‌کنند تا از اکسیداسیون مجدد آن جلوگیری شود.
6. غربالگری: پس از خنک سازی انواع آهن اسفنجی مانند آهن اسفنجی لوله‌ای غربال شده و ذرات یا ناخالی‌های بزرگ از بین می‌رود.
7. بریکت کردن یا گندله سازی: بسته به فرم مورد نیاز محصول نهایی می‌توان آهن را با استفاده از چسب و مواد افزودنی به بریکت تبدیل کرد؛ که باعث می‌شود حمل و نقل آهن آسان‌تر شود.

🔹 تولید آهن اسفنجی و انواع روش‌های آن

پس از آشنایی با سوال آهن اسفنجی چیست؟ در این بخش می‌خواهیم روش‌های تولید این محصول را معرفی کنیم. آهن اسفنجی یکی از محصولات مهم مورد استفاده در تولید فولاد است که با فرآیند احیای مستقیم توسط گاز طبیعی و زغال سنگ انجام می‌شود. امروزه استفاده از گاز طبیعی رایج‌تر است؛ اما با توجه به منابعی که در کشور وجود دارد مناسب‌ترین روش انتخاب می‌شود. پروسه احیای سنگ آهن با گاز طبیعی شامل سه روش میدرکس، HYL و Purofer می‌شود و تولید این آهن با زغال سنگ نیز با دو روش کوره تونلی و SL/RN انجام می‌شود. هر کدام از روش‌های تولید آهن اسفنجی طی فرآیند متفاوتی ایجاد می‌شود.

میدرکس

میدرکس، روشی پر بازده در تولید آهن اسفنجی به روش احیا مستقیم است؛ که با استفاده از گاز طبیعی انجام می‌شود. در این روش گاز متان با استفاده از واحد شکست گاز به هیدروژن و کربن مونوکسید تجزیه می‌شود. سپس این دو گاز وارد کوره احیا شده و اکسیژن با گندله سنگ آهن ترکیب می‌شود؛ که در آخر منجر به احیای سنگ آهن و تولید آهن اسفنجی می‌شود. این روش به دلیل مزایای بسیاری که دارد 60 درصد از آهن اسفنجی تولید شده توسط این روش تولید می‌شود. مزایای این روش شامل:

• هزینه پایین تعمیرات این روش
• راندمان بالای تولید
• آسان‌تر بودن سیستم تولید
• کیفیت بالاتر آهن اسفنجی تولید شده از نظر ترکیبات شیمیایی

HYL

این روش یکی دیگر از روش‌هایی است که با استفاده از گاز طبیعی انجام می‌شود. تفاوت این روش با روش میدرکس در این است که تجهیزات مورد نیاز و مراحل تولید این روش کمی پیچیده و پرهزینه‌تر است. این روش شامل دو مرحله می‌شود که شامل آماده سازی و تجزیه گاز طبیعی می‌شود. در بخش آماده سازی گاز طبیعی متان با بخار آب ترکیب شده و به عناصر تشکیل دهنده خود تجزیه می‌شود. سپس این عناصر در کوره سنگ آهن وارد شده و آهن اسفنجی تولید می‌شود. در این روش نسبت به روش‌های دیگر کربن بیشتری در محتوای خود دارد.

SL/RN

این روش یکی از روش‌های احیای مستقیم سنگ آهن است؛ که در آن به جای گاز طبیعی از زغال سنگ استفاده می‌شود. در این روش ابتدا مواد اولیه که شامل سنگ آهن یا کلوخه آهن است با آهک و دولومیت ترکیب شده و برای ورود به کوره افقی آماده می‌شود. آهک و دولومیت برای حفظ درصد گوگرد مورد نیاز استفاده می‌شود. 

سپس مواد اولیه ساخته شده وارد کوره افقی شد و به صورت حرکت دورانی در آن حرکت می‌کند. دمای کوره در این روش بسیار بالا می‌رود و باعث تولید کربن دی اکسید می‌شود که باعث احیای سنگ آهن می‌شود. این روش در تولید آهن اسفنجی و بریکت آهن اسفنجی نقش دارد. تفاوت آهن اسفنجی و بریکت در این است که بریکت در واقع از آهن اسفنجی فشرده شده ساخته می‌شود.

4. کوره تونلی آهن اسفنجی و فرایند آن

کوره تونلی آهن اسفنجی یکی از روش‌های به کار گرفته شده جهت تولید آهن اسفنجی در ظرفیت‌های کم تر می‌باشد. این روش با این که مدت‌هاست مورداستفاده قرار می‌گیرد. اما اخیراً در کشور چین بیشتر به کار گرفته شده و غیرفعال بودن آهنی که به این روش تولید می‌شود و امکان فروش به‌صورت محصول میانی از جمله عواملی است که سبب شده هنوز هم صنعتگران به سراغ این روش بیایند.

در این روش نخست سنگ‌آهن ورودی خشک شده و رطوبت آن به حداکثر 3 درجه حجم می‌رسد. همچنین مخلوط دولومیت و زغال سنگ نیز مورد استفاده قرار گرفته و سپس مخلوط اولیه به داخل بوته‌ها شارژ می‌گردد. در مرحله بعدی فرایند احیا مستقیم تولید آهن اسفنجی در داخل کوره انجام شده و کنسانتره آهن به آهن اسفنجی تبدیل می‌گردد. سپس بوته‌ها از کوره‌ها خارج شده و مواد احیاء شده نیز از بوته‌ها تخلیه می‌گردند. در مرحله انتهایی کوره تونی آهن اسفنجی، فرآوری محصول انجام می‌گردد. این مرحله خود شامل خردایش، جداسازی و همین‌طور بریکت زنی می‌شود. جداسازی در این روش تولید به‌صورت مغناطیسی انجام می‌گردد. در مقابل باید به این مسئله توجه داشته باشید که کوره تونلی آهن اسفنجی مزیت‌های زیادی دارد که در ادامه در مورد آن‌ها صحبت می‌کنیم.

مزیت‌های کلیدی کوره تونلی

این روش تولید آهن اسفنجی پیچیدگی فنی و مکانیکی کمتری دارد. نسبت به خوراک ورودی انعطاف‌پذیری بالایی داشته و همین‌طور فرایند ذکر شده نیازی به بهره‌گیری از گندله‌سازی نخواهد داشت. همین‌طور می‌توان انواع سنگ‌آهن‌ها را به این روش برای تولید آهن اسفنجی مورداستفاده قرارداد. محصول تولید شده در نهایت کیفیت فوق‌العاده‌ای داشته و نیاز به حرارت ذغال کمتری وجود خواهد داشت هزینه سرمایه‌گذاری در این روش نیز به‌مراتب پایین‌تر بوده و محصول تولید شده جایگزین مناسب و ارزان‌تری برای ضایعات آهن‌های ناخالص می‌باشد. همین‌طور در مقایسه‌های کوچک‌تر می‌توان این روش را بهره‌برداری نمود و معمولاً برای کارخانجاتی که به دنبال تولید سریع، اقتصادی و آسان هستند، تولید آهن اسفنجی با استفاده از کوره تونلی ایده‌آل‌ترین راهکار است.

🔹 تولید کنندگان آهن اسفنجی

معمولاً تولید آهن اسفنجی با روش‌های تولید با گاز طبیعی، زغال حرارتی و شیوه احیای مستقیم میدرکس انجام می‌گردد. بریکت آهن اسفنجی نیز به سه دسته گرم، نرم و سرد تقسیم‌بندی‌شده و به دلیل مزایای زیادی که دارد یک تکنیک فوق‌العاده در صنعت برای فشرده‌سازی و کم‌حجم کردن بریکت می‌باشد. کارخانه‌های زیادی در ایران نسبت به تولید مواد اولیه همان آهن اسفنجی اقدام می‌کنند.

از جمله شرکت‌های تولیدکننده آهن اسفنجی می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.👇

1. کارخانه فولاد خوزستان

2. کارخانه فولاد مبارکه اصفهان

3. کارخانه فولاد اردکان

4. کارخانه فولاد هرمزگان

5. کارخانه آهن و فولاد ارفع

6. کارخانه فولاد آذربایجان میانه

7. کارخانه فولاد رشتخوار

8. کارخانه توسعه آهن و فولاد گل‌گهر

9. مجتمع فولاد سیرجان ایرانیان

10. مجتمع کاوه جنوب کیش

11. مجتمع فولاد غدیر نی‌ریز

12. مجتمع جهان فولاد سیرجان

13. مجتمع صنعت فولاد شادگان

🔹 تولید کنندگان آهن اسفنجی در ایران (برترین ها)

فولاد خوزستان و کارخانه فولاد مبارکه اصفهان از جمله بزرگ‌ترین، مهم‌ترین و برترین شرکت‌های تولیدکننده آهن اسفنجی در ایران هستند و در گذشته حجمی از تولیدات خود را به کشورهای همسایه نیز صادر می‌کردند. در مقابل یکی از مهم‌ترین دلایلی که سبب می‌شود شرکت‌های تولیدکننده آهن اسفنجی خودشان متریال فلز تولید شده را طراحی و فرآوری کنند. دستیابی به منابع سنگ‌آهن می‌باشد. در نتیجه این هم مسئله انتقال و واردات را برای آن‌ها به همراه نخواهد داشت. هم موجب سوددهی در امر تولید فلزات و فولاد صنعتی می‌شود.

در حال حاضر ایران قادر بوده تولید این ماده را به 25 میلیون تن برسند. پس از کشور هندوستان، ایران دومین کشور تولیدکننده سنگ‌آهن در دنیا به‌حساب می‌آید. هرکدام از این کارخانه‌ها بخشی از سهم 5 درصدی ایران در بازار جهانی را دربرگرفته‌اند. البته در طول یک سال اخیر ایران تبدیل به دومین تولیدکننده در این صنعت شده است و پیش‌ازاین در رتبه سوم قرار گرفته بود. به‌هرحال تولید آهن اسفنجی برای کشورهای درحال‌توسعه اهمیت زیادی دارد. شرکت‌های فولاد استان اصفهان معمولا از این متریال برای ساخت انواع فلزات استفاده می‌کنند.

• 1_ چند درصد از فولاد جهان با استفاده از آهن اسفنجی تولید می‌شود؟

  31 درصد از فولاد تولید در جهان به روش احیای مستقیم و استفاده از آهن اسفنجی تولید می‌شود.

• 3_ انواع روش‌های تولید آهن اسفنجی کدامند؟

  آهن اسفنجی یکی از محصولات مهم مورد استفاده در تولید فولاد است که با فرآیند احیای مستقیم توسط گاز طبیعی و زغال سنگ انجام می‌شود. پروسه احیای سنگ آهن با گاز طبیعی شامل سه روش میدرکس، HYL و Purofer می‌شود و تولید این آهن با زغال سنگ نیز با دو روش کوره تونلی و SL/RN انجام می‌شود.