آهن اسفنجی چیست و چه کاربردی در ریخته گری دارد

آهن اسفنجی از احیای مستقیم سنگ آهن (Direct Reduced Iron) بدست آمده و طی عملیات احیای بی واسطه، بدون نیاز به ذوب سنگ آهن، اکسیژن آن حذف می‌گردد. در این روش گندله سنگ آهن که دارای عیار ۶۷% می‌باشد احیا گردیده و حاصل آن آهن اسفنجی (گندله متخلخل) بدست می‌آید.

آهن اسفنجی پس از ذوب و احیا در فولاد سازی، در فرآیند ریخته گری به شکل محصولات مورد نیاز در می‌آید و به سه شکل اسلب (تختال)، بیلت (شمش) و میلگرد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

گُندُله یعنی گلوله‌های تولید شده از نرمه یا خرد شده سنگ آهن و سایر مواد افزودنی که نخست خام و سپس پخته شده و سخت می‌شود؛ و برای احیا به روش سنتی تولید آهن در کوره بلند یا روش‌های متعدد احیای مستقیم به کار می‌رود.

ویکی پدیا فارسی

شکل ظاهری این محصول بصورت قطعات کروی (گندله) است که به دلیل متخلخل بودن ساختار آن دارای ظاهری اسفنجی است به همین دلیل به آن آهن اسفنجی می گویند. این محصول دارای عیار بالای آهن بوده که امروزه با توجه به کمبود ضایعات آهن و افزایش قیمت آن و همچنین مشکلات زیست محیطی مورد توجه قرار گرفته است.

استفاده از آهن اسفنجی روبه افزایش است

در حدود ۵% از فولاد جهان از آهن اسفنجی (DRI) تولید می‌شود و این روند رو به افزایش است. این محصول، از احیای مستقیم سنگ آهن بدست می‌آید و اصطلاحاً به آن DRI نیز گفته می‌شود. امروزه اهن اسفنجی با کاهش سنگ آهن بدون ذوب کردن آن ایجاد می‌شود. این باعث می‌شود که یک منبع انرژی کارآمد برای سازندگان فولاد مخصوص که به فلز قراضه متکی بودند استفاده شود.

تاریخچه و کاربرد آهن اسفنجی در صنایع فولاد ایران

آهن اسفنجی

استفاده از آهن اسفنجی حدوداً از سال ۸۹ در کوره‌های القایی ایران شروع شد. در آن سال‌ها کمبود قراضه احساس نمی‌شد و هرچند روند کیفیت قراضه نزولی بود ولی باز هم کسی به فکر استفاده از آن نبود.

هندی‌ها و چینی‌هایی که کوره القایی به ایران فروخته بودند هم تشویق به استفاده از آن نمی‌کردند. شاید به خاطر اینکه پارامترهای مربوط به راندمان کوره‌هایشان افت می‌کرد. در سال ۸۹، یکی از کارخانه‌های القایی یزد به دلایلی برای اولین بار به مصرف اسفنجی رو آورد. متعاقب آن، بسیاری از کارخانه‌ها، البته با تأخیر، از این محصول استفاده کردند. اولین واکنش، تقریباً در تمامی کارخانه‌ها، منفی بود.

زیرا اولاً با روش شارژ آن آشنا نبودند و ثانیاً فسفر و گوگرد آهن اسفنجی در مقایسه با قراضه، آنالیز ذوب را به هم می‌زد و کربن بالای آن کار را سخت می‌کرد. زمان ذوب طولانی می‌شد و سرباره بسیار، وحشتناک بود. لذا به محض استفاده، بسیاری از کارخانه‌ها استفاده از آن را تا همین اواخر متوقف کردند.

بسیاری از واحدهای کوچک و بزرگ تولید فولاد در کشور از این روش‌ها استفاده می‌کنند. ایران منابع طبیعی در دسترستری برای احیای مستقیم دارد. آهن اسفنجی جایگزین مناسبی برای ضایعات آهن می‌باشد بنابراین می‌توانیم درصد بالایی از مواد اولیه جهت تأمین ذوب مورد نیاز واحدهای فولادسازی را بجای استفاده از ضایعات، از طریق این محصول تأمین کنیم.

مطالعه کنید: بیلت چیست؟

فرآیند تولید آهن اسفنجی با استفاده از منابع گازی و زغال سنگ

تولید آهن اسفنجی از سنگ‌آهن، عموماً به دو روش گازی (Gas Based) یا استفاده از زغال‌سنگ (Coal Based)، برای احیای آهن صورت می‌پذیرد. معمولاً در کشورهایی که دارای ذخایر گاز هستند، از روش گازی استفاده می‌گردد. در ایران نیز به‌طور مثال، فولاد خوزستان و فولاد مبارکه از گاز به عنوان ماده احیاکننده استفاده می‌کنند.

شناخته‌شده‌ترین روش‌های احیای مستقیم گازی روش‌های میدرکس و HYL هستند. شرکت ایریتک و نیز شرکت MMTE دارای لیسانس ساخت کارخانه‌های احیای مستقیم (از کوبه استیل ژاپن) با تکنولوژی میدرکس هستند (میدرکس تکنولوژی اصالتاً آمریکایی می‌باشد).

منابع زغال سنگ:

  1. SL/RN (اس – آل – آر – ان)
  2. Jindal (جیندال)
  3. DRC (دی – آر – سی)

تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس

آهن اسفنجی

این روش بعنوان پر استفاده ترین روش‌های تولید در ایران و جهان می‌باشد. در این روش، گاز طبیعی وارد واحد شکست گاز می‌شود، سپس بر اثر حرارت وارد شده و کتالیست های مخصوص به هیدروژن و کربن تبدیل می‌شود. سپس این هیدروژن و کربن وارد کوره‌ای که کوره احیا نام دارد و گندله سنگ آهن را در آن گذاخته کردیم می‌شود و با اکسیژن گندله سنگ آهن ترکیب می‌شود و باعث احیای سنگ آهن می‌شود.

این روش به عنوان کم مصرف‌ترین روش و پر بازده‌ترین روش‌ها در ایران و جهان می‌باشد. حدود ۸۰ درصد آهن اسفنجی ایران، به این روش تولید می‌گردد. بعد از آن روش HYL می‌باشد ولی مصرف بالای برق آن و مشکلات ظرفیتی آن است. بنابراین روش HYL و روش‌هایی که بر مبنای زغال سنگ هستند، در ایران استفاده نمی‌شود.

ترکیب شیمیایی (فرمول شیمایی) آهن اسفنجی

Production RangeComponent
86-85.9%Fe (total)
Min 90%Fe (metallization)
78.5-82%Fe (metal)
1.3-2%C
Max 0.01%S
Max 0.1%P
Max 5.5%SiO2
Max 1%Al2O3
Max 1.1%CaO
Max 2.5%MgO
1.6-1.9 tons/m3Bulk Density

چرا تولید کنندگان فولاد، ازآهن اسفنجی استفاده می‌کنند؟

آهن اسفنجی

۶۶.۳ درصد فولاد خام جهان به کمک روش کوره بلند و ۳۱.۲ درصد 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، مخصوصاً 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.
  • 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 سخت‌تر می‌باشد.
  • در فرایند 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، 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.

آمار و اطلاعات مهم درباره آهن اسفنجی:

لازم است ذکر شود تولید فولاد از طریق احیای مستقیم و کوره‌های الکتریکی در راستای سیاست‌های شرکت ملی فولاد و وزارت صنایع نیز بوده‌است. بر این اساس، با استفاده از آمار، به بررسی وضعیت آهن‌اسفنجی در جهان و کشورهای پیش‌رو در این زمینه می‌پردازیم.

بر اساس اطلاعات World Steel، هندوستان بزرگ‌ترین تولیدکننده آهن اسفنجی در دنیا می‌باشد. این کشور از مجموع تولید ۹/۶۴ میلیون تن آهن اسفنجی دنیا در سال ۲۰۰۷، حدود ۱/۱۸ میلیون تن یعنی حدود ۲۸ درصد از کل تولید را به خود اختصاص داده‌است.

مطالعه کنید: انواع آلیاژ تیرآهن

ونزوئلا با ۱۲ درصد، ایران با حدود ۵/۱۱ درصد (۵/۷ میلیون تن در سال) و مکزیک با حدود ۱۰ درصد در جایگاه‌های بعدی قرار دارند. حدود ۸۰ درصد آهن اسفنجی جهان در کشورهای مذکور به علاوه عربستان سعودی، ترینیداد، روسیه و مصر تولید می‌شود. دلیل اصلی آمار بالای تولید آهن‌اسفنجی در چند کشور محدود، به ذخایر گاز و زغال‌سنگ (حرارتی)، به عنوان عوامل اصلی جهت تولید انرژی مورد نیاز فرایند احیای مستقیم مربوط می‌شود.

بریکت چیست؟

آهن اسفنجی

بریکت همان آهن اسفنجی یا DRI است با این تفاوت که در زمان تولید، بصورت تکه‌هایی بزرگ قالب گیری و فشرده می‌گردد. در فرآیند بریکت سازی سرد، مواد ورودی در دمای محیط به ماشین بریکت زنی وارد می‌شوند. در این فرآیند با توجه به نوع مواد ورودی به ماشین، دو نوع محصول شناخته شده است. که عبارتند از بریکت نرمه آهن اسفنجی و بریکت سرد آهن اسفنجی.

انواع بریکت:

  • بریکت گرم

بریکت گرم  (HBI) محصولی است که در فرآیند بریکت سازی از آهن اسفنجی گرم (HDRI) و در دمای بیش از ۶۵۰ درجه سانتیگراد تولید می‌شود. این نوع بریکت شناخته شده ترین محصول جهت حمل و نقل آسان و ایمن این محصول در سطح جهان به شمار می‌رود.

  • بریکت نرمه – برکیت سرد آهنی

در فرآیند بریکت سازی سرد، مواد ورودی در دمای محیط به ماشین بریکت زنی وارد می‌شوند. در این فرآیند با توجه به نوع مواد ورودی به ماشین، دو نوع محصول شناخته شده است. که عبارتند از بریکت نرمه  و بریکت سرد .

مشاهده کنید: قیمت روز تیرآهن

با استفاده ازتکنولوژی بریکت سازی سرد در واحدهای احیای مستقیم، فرآیند ذخیره سازی و انتقال آهن اسفنجی به واحدهای فولادسازی به طور مؤثرتری انجام شده و از طرف دیگر گامی مؤثر در جهت توسعه صادرات آن و دستیابی به بازارهای جهانی برداشته خواهد شد.

زمینه‌های کاربرد بریکت سازی عبارتند از:

  • آهن و فولاد
  • مواد معدنی (دولومیت، منگنز، فروآلیاژ، آلومینا، آهک و..
  • مواد شیمیایی (سولفات­ها، کربنات­ها، کلریدها، سیانیدها، برومیدها)
  • کودهای شیمیایی
  • مواد شوینده و بهداشتی

مشخصات فیزیکی بریکت یا HBI:

سایز نرمال بریکت: 35×55×145 میلی متر

توزیع گرانولومتریک (ریز دانه‌ها)

6.0 mm: 95% min.

6.0 mm: 5% max.

ویژگی‌های ترکیب شیمیایی (Chemical Composition):

آهن اسفنجی

استفاده از شارژ آهن اسفنجی یا بریکت در کوره قوس می‌تواند تاثیرات مشخصی را در فرآیند ذوب نشان دهد. مصرف انرژی، بهره‌وری یا قابلیت تولید و بازدهی مواد متأثر از ترکیب شیمیایی DRI و درصد استفاده از آن در شارژ است.

آهن اسفنجی به عنوان جایگزین قراضه و با توجه به ترکیب شیمیایی تقریباً یکنواخت آن به منظور کاهش غلظت عناصر ناخالصی و رسوبات در ذوب از طریق بالا بردن عیار آهن موجود در شارژ استفاده می‌شود.

در حقیقت با شارژ آهن اسفنجی در سبد قراضه آهن، سطح ناخالصی‌های موجود در شارژ کاهش یافته و سبب کاهش مقدار نیتروژن موجود در ذوب می‌شود.

کاهش نیتروژن در ذوب باعث می‌شود، تختال‌ها و بیلت‌های با کیفیت جهت تولید ورق‌های گرم، وایر و انواع محصولات دیگر را بتوان تولید کرد.

منبع wikipedia

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

Play All Replay Playlist Replay Track Shuffle Playlist Hide picture