آهن اسفنجی چیست؟ بررسی صفر تا صد آهن اسفنجی و مزایای آن
آهن اسفنجی یا آهن احیا شده مستقیم(DRI) یک محصول فلزی است که از تغییر سنگ آهن توسط گاز احیا کننده مانند گاز طبیعی یا زغال سنگ ایجاد میشود. شکل این نوع آهن به صورت کلوخه یا گلوله است و به عنوان یکی از مهم‌ترین ماده‌های خام مورد نیاز در صنعت فولاد استفاده میشود. در تولید آهن اسفنجی از کربن و انرژی کم‌ترین استفاده میکنند؛ به همین دلیل این محصول با محیط زیست سازگار‌تر است و نسبت به دیگر محصولات آهنی خلوص بیشتری نیز دارد. در ادامه به طور کامل با آهن اسفنجی، انواع و نحوه تولید آن آشنا می‌شویم.
آهن اسفنجی چیست؟
همان طور که اشاره شد این نوع آهن یکی از محصولاتی آهنی است و در تولید فولاد نقش مهمی دارد. شکل ظاهری این محصول به صورت قطعات کروی شکلی است که مانند اسفنج سوراخ‌هایی دارند به همین دلیل به آن آهن اسفنجی و ریمیت می‌گویند. امروزه آهن احیا شده مستقیم اهمیت بسیاری پیدا کرده است و دلیل آن وجود درصد بالای آهن در این محصول، کمبود ضایعات آهن و مشکلات زیست محیطی است.
اهمیت آهن اسفنجی به قدری است که حدود 5 درصد از فولاد جهان از این محصول در کوره‌های قوس الکتریکی و کوره‌های القایی ساخته میشود. از این محصول در ایران استفاده نمی‌شد؛ تا اینکه در سال 1389 در کارخانه‌ای در یزد برای اولین بار از آهن احیا شده مستقیم در کوره‌های القایی استفاده شد. در ابتدا استفاده از این نوع آهن بنظر به صرفه نمی‌آمد؛ اما پس از آشنایی بیشتر با این محصول استفاده و کاربرد آن نیز افزایش یافت. امروزه بسیاری از واحدهای کوچک و بزرگ تولید فولاد در کشور ایران از این محصول استفاده میکنند.
فرمول شیمیایی آهن اسفنجی
|
درصد تولید
|
جزء
|
|
Fe مجموع
|
86-85.9%
|
|
Fe متالیزاسیون
|
Min 90%
|
|
Fe فلز
|
78.5-82%
|
|
C
|
1.3-2%
|
|
P
|
Max 0.01%
|
|
SiO2
|
Max 5.5%
|
|
Al2O3
|
Max 1%
|
|
CaO
|
Max 1.1%
|
|
MgO
|
Max 2.5%
|
|
Bulk Density
|
1.6-1.9 tons/m3
|
مزایای استفاده از آهن اسفنجی چیست؟
استفاده از آهن اسفنجی مزایای زیادی نسبت به دیگر محصولات دارد و استفاده از آن میتواند منجر به تولید بهترین نوع فولاد شود. این نوع آهن دارای ویژگی‌هایی با کیفیت برابر با فلزهای عالی است و با توجه به فرمول شیمیایی آهن اسفنجی درصد گوگرد و فسفر در این محصول کم است. این محصول به دلیل فرآیند تولیدی که دارد عاری از هرگونه گرد و غبار ناشی از حمل و نقل است؛ که باعث بالا رفتن کیفیت فولاد تولیدی میشود. حدود 31.5 درصد از فولاد خام در جهان با استفاده از کوره‌های مستقیم تولید میشود؛ که آهن احیا شده مستقیم در آن نقش بسزایی دارد.
مهم‌ترین مزایای آهن اسفنجی
1. در فرمول شیمیایی آهن اسفنجی درصد آهن بالا است.
2. این روش نسبت به استفاده از آهن قراضه سرعت بالاتری دارد.
3. استفاده از این نوع آهن تاثیرات مخرب کم‌تری بر روی محیط زیست دارد.
4. راه‌اندازی کوره بلند نسبت به کوره‌های احیای مستقیم هزینه بیشتری دارد. نکته: در کوره‌های احیای مستقیم از آهن اسفنجی استفاده میشود.
5. کوره بلند برای واحدهایی با ظرفیت بالا توجیه اقتصادی دارد؛ در حالی که کوره‌های احیای مستقیم برای واحدها و کارخانه‌های کوچک نیز مناسب هستند.
6. می‌توان آهن اسفنجی را به آهن بریکت شده گرم(HBI) تبدیل کرد؛ که حمل و نقل آن نسبت به آگلومرا( مواد استفاده شده در کوره بلند) آسان‌تر و کم‌هزینه‌تر است. اما اینجا با یک سوال روبه‌رو می‌شویم؛ که بریکت چیست؟ در ادامه به این سوال به صورت کوتاه پاسخ میدهیم ولی در صفحه ای جداگانه به صورت کامل به آن پرداخته ایم.
بریکت چیست؟ و تفاوت بریکت و آهن اسفنجی چیست؟
بریکت همان آهن اسفنجی است که به صورت فشرده شده درآمده است و نسبت به آهن اسفنجی مشکلات حمل و نقل کم‌تری دارد و ذخیره سازی آن راحت‌تر است. برای تولید بریکت آهن اسفنجی را در قالب‌هایی ریخته و آن را فشرده میکنند.
بریکت نسبت آهن احیا شده مستقیم مقاومت بالاتری دارد و در برابر ساییدگی و زنگ زدگی مقاوم‌تر است. بریکت‌ها نواع مختلفی دارند و در هر کدام از مواد و دمای متفاوتی استفاده میشود. بریکت گرم، بریکت سرد و بریکت نرمه سه نوع از شناخته‌شده‌ترین بریکت‌ها هستند.
فرآیند تولید آهن اسفنجی چگونه است؟
پس از آشنا شدن با سئوال آهن اسفنجی چیست یا ریمیت چیست می‌توانیم به نحوه تولید این نوع آهن بپردازیم. تولید فولاد با استفاده از آهن احیا شده مستقیم یکی از روش‌های جدیدی است که پیدایش آن به دهه 70 میلادی برمیگردد. در روش احیای مستقیم از دو ماده برای احیا کننده استفاده میشود؛ که میتواند ذغال سنگ یا گاز طبیعی باشد. با توجه به ماده‌ای که بیشتر در کشور وجود دارد یکی از این مواد انتخاب میشود؛ البته استفاده از زغال سنگ رایج‌تر است. در ادامه با تمام مراحل تولید انواع این نوع آهن مانند آهن اسفنجی لوله‌ای 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. تفاوت گندله و آهن اسفنجی در همین تغییر شکل آن‌ها است.
انواع روش‌های ساخت آهن اسفنجی
آهن اسفنجی چیست و انواع روش ساخت آن چگونه است؟ در این بخش می‌خواهیم به روش‌های متفاوت ساخت آهن اسفنجی بپردازیم. همان طور که گفتیم در ساخت این نوع آهن از دو ماده احیا کننده استفاده میکنند؛ که میتواند گاز طبیعی یا ذغال سنگ باشد. در ایران در دو کارخانه فولاد مبارکه و فولاد خوزستان از گاز به عنوان ماده احیا کننده استفاده میکنند. روش کوره‌ی تونلی و SL/RN دو روش احیا کننده مستقیم با سنگ آهن هستند.
تولید این نوع آهن با استفاده از گاز طبیعی با فناوری‌های متفاوتی شامل میدرکس، HYL و Purofer انجام میشود؛ که از بین این روش‌ها روش میدرکس شناخته‌شده‌ترین و پراستفاده‌ترین روش در ایران و جهان هستند و حدود 80 درصد آهن اسفنجی ایران را تولید می‌کند. بعد از روش میدرکس بهترین روش HYL است؛ اما مشکلاتی مانند استفاده بالا از برق و مشکلات ظرفیتی به همراه دارد.
1. روش تولید با زغال سنگ
دو روش تولید آهن با زغال سنگ شامل کوره‌ی تونلی و SL/RN میشود. کوره تونلی نوعی کوره با ساختار بلند و طویل است که از آجرهای نسوزی ساخته شده است. در این کوره سه مرحله پیش گرمایش، احیا و خنک شدن صورت می‌گیرد. سنگ آهنی که پودر شده است از تونل عبور کرده و در مجاورت ذغال سنگ قرار می‌گیرد و فرآیند احیا انجام میشود. روش SL/RN از قدیمی‌ترین روش‌های احیا است و در کوره‌ای شبیه به کوره افقی تولید سیمان انجام میشود.
2. روش تولید با گاز طبیعی
روش میدرکس یکی از برترین روش‌های احیا آهن با گاز طبیعی است؛ که در آن از سنگ آهن دارای عیار 67 درصد استفاده میکنند و گازهای شکسته شده فرآیند احیا را انجام می‌دهند. در این روش گاز در واحدهای شکست گاز تجزیه شده و هیدروژن و کربن مونواکسید آزاد می‌کند. سپس این دو نوع گاز وارد کوره احیا شده و با اکسیژن موجود در آهن مذاب ترکیب می‌شوند؛ که باعث احیای آهن با عیار بالا میشود.
روش دیگر احیا سنگ آهن با گاز طبیعی HYL است که مانند روش میدرکس از گاز طبیعی شکسته شده برای احیا استفاده می‌کند. در این روش از بخار آب نیز برای افزایش مقدار هیدروژن استفاده میکنند؛ که نقش اصلی احیا کننده را اجرا می‌کند. کوره مورد استفاده در این روش نیز مانند میدرکس است ولی فشار محیط در آن بالاتر است؛ که باعث افزایش سرعت واکش‌ها میشود. پس از تولید این نوع آهن به کوره‌های قوس الکتریکی و کوره‌های القایی منتقل میشود تا فرایند فولادسازی آغاز شود.
جمع‌بندی
آهن اسفنجی یکی از محصولات پرکاربرد در تولید فرآورده‌های آهنی و فولادی است؛ که نسبت به موارد مشابه بسیار ویژگی‌های بهتری دارد. این محصول به محیط زیست آسیب نمی‌رساند و با استفاده از احیا مستقیم سنگ آهن به وسیله گاز طبیعی و زغال سنگ تولید میشود. این نوع آهن با توجه به نبود آهن قراضه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. سایت پیوان در تولید و عرضه بهترین نوع آهن اسفنجی فعالیت می‌کند و میتواند در کم‌ترین زمان سفارشات شما را فراهم و ارسال کند.
میلگرد
ورق فولادی
تیرآهن و هاش
پروفیل
نبشی
ناودانی
لوله و اتصالات
صنایع مفتولی
تخته و چوب
