آهن اسفنجی چیست؟

آهن اسفنجی یک ماده کروی شکل شبیه به گندله است که از طریق استخراج و احیا سنگ آهن از معادن تولید می شود. نام دیگر این ماده Direct Reduced Iron یا به صورت اختصار DRI می باشد و از طریق عملیات احیا مستقیم و بی وابسته بدون نیاز به ذوب، اکسیژن آن حذف شده و آهن اسفنجی تولید می شود.

لازم به ذکر است گندله سنگ آهن عیار 67 درصدی داشته و به همین علت پس از احیا در برخی مواقع محصول نهایی گندله متخلخل شناخته می شود. این محصول در بخش فولاد سازی کارخانجات تحت فرآیند ریخته گری به فلز مورد نظر تبدیل می شود و به سه صورت شمش، اسلب یا تختال، بیلت و بلوم و میلگرد عرضه می گردد. امروزه 5 درصد از مقاطع فولادی جهان، از طریق این ماده به دست می آید. علت نامگذاری این محصول به آهن اسفنجی به علت شکل ظاهری آن است که شبیه به گندله بوده و ساختار آن متخلخل است.

استفاده از گندله متخلخل در کشور ایران از سال 1389 در کوره های القایی آغاز شد و کمبود قراضه وجود نداشت. یکی از کارخانه های القایی یزد، فرآیند تولید این محصول را انجام داد و امروزه بسیاری از واحد های فولادسازی کشور از آهن اسفنجی استفاده می کنند. این محصول جایگزین مناسبی برای آهن قراضه است؛ زیرا کمبود آن رو به افزایش است.

لازم به ذکر است به همین دلیل با افزایش قیمت آهن در چند سال اخیر مواجه بوده ایم؛ در نتیجه می توان به جای استفاده از آهن قراضه، از آهن اسفنجی در جهت تهیه ذوب مورد نیاز واحدهای فولادسازی استفاده نماییم.

معرفی بریکت

همان طور که می دانید محصولاتی مانند شمش و اسلب از طریق انجام عملیات بر روی آهن قراضه تولید می شوند، اما بهتر است بدانید امروزه با توجه به کمبود آهن قراضه، آهن اسفنجی یک جایگزین بسیار مناسب برای کوره های القایی البته تا 50 درصد است. همچنین این ماده به سه صورت بیلت، اسلب و میلگرد به کار برده می شود و در نتیجه سبب برطرف شدن برخی از مشکلات افزایش قیمت آهن و در نتیجه افزایش هزینه تولید شده است. همان طور که می دانید از سال های گذشته تا به امروز، آهن یکی از مواد مهم برای ساخت انواع محصولات فلزی و آلیاژهای مختلف بوده و کاربردهای بسیاری را از این طریق به خود اختصاص داده است.

یکی از انواع آهن اسفنجی با نام بریکت(Briquette)  شناخته می شود. این محصول مشکلات حمل و نقل بسیار کمتری داشته و نگهداری آن نیز راحت تر انجام می گیرد. یکی از مزیت های بریکت، مقاومت بالاتر آن در برابر ساییدگی و زنگ زدگی می باشد. همچنین در زمان استفاده از این محصول، امکان ایجاد تخلخل و جدایی سطح در آن کمتر است. بریکت انواع مختلفی بر اساس جنس مواد و دما داشته که شامل بریکت گرم، سرد و نرمه می باشند.

در واقع می توان گفت بریکت نوع خاصی از آهن اسفنجی است که در قالب های بزرگ قرار گرفته تا فشرده شوند. امروزه بیشتر از بریکت گرم استفاده شده که در دمای 650 درجه سانتی گراد تولید می گردد. سایر بریکت های سرد و نرمه در دمای معمولی محیط ساخته می شوند.

حتما بخوانید:تفاوت آهن و چدن چیست؟

مزایای استفاده از آهن اسفنجی

همان طور که اشاره شد، استفاده از آهن اسفنجی نسبت به آهن معمولی، عیار بالایی داشته و به علت وجود منابع طبیعی احیا، پیشنهاد می شود. این محصول سبب تولید مقاطع فولادی با کیفیت تری می شود. نحوه استفاده از آهن اسفنجی به علت ترکیب شیمیایی تقریباً یکنواخت آن می باشد که برای کاهش غلظت عناصر ناخالصی و رسوبات در ذوب و بالا بردن عیار آهن موجود در شارژ استفاده می گردد. با شارژ این فلز به جای قراضه آهن، سطح ناخالصی های موجود در شارژ و در نتیجه نیتروژن ذوب کاهش می یابد. در نهایت کاهش نیتروژن سبب تولید اسلب ها و بیلت های با کیفیت تری می شود؛ بنابراین ورق های گرم با کیفیت تر، مقاوم تر و با استحکام بالاتر تولید می گردند.

یکی از مهم ترین نکات در زمان تولید آهن اسفنجی این است که 5 درصد از مواد اولیه این محصول به بریکت نرمه تبدیل شده و از این رو کاربردهای بسیاری را به خود اختصاص می دهد. سایر مزایای آهن اسفنجی شامل موارد زیر است:

• داشتن عیار بالاتر در مقایسه با آهن
• آهن اسفنجی یکی از بهترین جایگزین ها برای آهن قراضه و ضایعات است
• استفاده از کوره های القایی یا احیا مستقیم، هزینه کمتری در مقایسه با روش کوره بلند دارد.
• حمل و نقل و منتقل شدن آهن اسفنجی به سایر شرکت ها یا مکان ها، به صورت آهن گرم کلوخه شده یا HBI انجام شده که بسیار راحت تر است.
• تولید آهن اسفنجی با استفاده از روش احیا مستقیم، به وسیله گاز طبیعی و بدون جداسازی ناخالصی ها امکان پذیر است.
• این محصول صرفه اقتصادی داشته و با استفاده از آن می توان هزینه های تولید را کاهش داد.
• امروزه استفاده از گندله متخلخل یا آهن اسفنجی، با استفاده از کاهش ناخالصی های سنگ آهن و بدون انجام عملیات ذوب انجام شده و درنتیجه این موضوع یک منبع انرژی کارآمد را برای کارخانه های فولادسازی که به قراضه اکتفا کرده بودند، به وجود آورده است.

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

به طور کلی تولید آهن اسفنجی با استفاده از دو روش قابل انجام است که با نام های گازی  (Gas Based)و زغال سنگ (Coal Based) شناخته می شوند. به طور معمول کشورهایی که دارای منابع ذخایر گازی می باشند، این روش بیشتر قابلیت انجام دارد. در کشور ما کارخانجات فولاد خوزستان و فولاد مبارکه از گاز به عنوان ماده احیا کننده استفاده می کنند. کیفیت محصولات نهایی با استفاده از این روش مانند اسلب یا شمش بسیار بالا می باشد و از این رو زیر مجموعه های آن ها نیز از کیفیت بالایی برخوردار می باشند. قیمت اسلب فولادی با استفاده از این روش صرفه اقتصادی بیشتری داشته و باعث تولید ورق های فولادی با بهترین سطح خواهد شد. اسلب از طریق انجام برش بر روی شمش تولید می شود و ضخامت آن در حدود 200 تا 300 میلی متر و طول آن از 4 تا 12 متر متغیر است. در نهایت برای تولید آهن اسفنجی با استفاده از گاز طبیعی از فناوری‌های زیر استفاده می گردد:

• میدرکس
• HYL
• Purofer

تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس

روش میدرکس پرکاربردترین راه برای تولید آهن اسفنجی در ایران و جهان می باشد. تولید به وسیله این روش، به صورتی است که ابتدا گاز طبیعی وارد خط شکست گاز شده و سپس با حرارتی که به آن اعمال می شود، کتالیست‌های مخصوص به هیدروژن و کربن تبدیل می گردند. این هیدروژن و کربن به کوره احیا منتقل شده و با اکسیژن گندله سنگ آهن ترکیب می شوند تا احیای سنگ آهن صورت گیرد.

تولید آهن اسفنجی به روش HYL

روش HYL یکی از کم استفاده ترین و البته پربازده ترین روش در ایران و کل جهان برای تولید آهن اسفنجی به شمار می آید. مصرف بالای برق و مشکلات ظرفیتی برای این روش وجود داشته و همچنین بر مبنای ذغال سنگ می باشد؛ از این رو در کشور ما استفاده نمی شود. روش HYL به وسیله گاز طبیعی شکسته شده و بخار آب برای تولید هیدروژن استفاده می شود، اما بهتر است بدانید میزان هیدروژن در مقایسه با میزان مونو اکسید کربن بیشتر می باشد؛ از این رو سبب احیای مستقیم سنگ آهن خواهد شد. روش کوره احیا یا HYL شبیه به روش میدرکس است، اما در فشار محیطی بالاتر از 7 اتمسفر باید انجام شود.

منابع زغال سنگ

• SL/RN
• Jindal
• DRC

حتما بخوانید:تفاوت آهن و چدن

تفاوت کوره احیا و کوره میدرکس در چیست؟

همان طور که ذکر شد، امروزه بیشترین تولید فولاد خام در بخش های فولاد سازی جهت به وسیله روش کوره بلند انجام می گیرد، اما روش احیا مستقیم و کوره الکتریکی در کشور ما با صرفه اقتصادی بیشتری همراه است؛ زیرا دارای سرعت بالاتر، هزینه تولید کمتر و آسیب های زیست محیطی کمتری می باشد.

روش کوره بلند نیاز به ظرفیت های بالا در حدود 1 و نیم میلیون تن در سال بوده؛ در صورتی که احیا مستقیم در واحد های فولادسازی کوچک با توجیح اقتصادی بیشتری همراه است.

در روش احیا مستقیم می توان از آهن گرم کلوخه شده (آهن اسفنجی HBI) با سهولت بیشتر استفاده و نگهداری کرد. این در صورتی است که حمل آگلومره که برای کوره بلند استفاده می شود، سخت تر است. همچنین در فرآیند احیا مستقیم می‌ توان از گاز طبیعی بدون حذف ناخالصی ‌ها استفاده کرد. علاوه بر این موضوع، به علت کمبود قراضه، می توان آهن اسفنجی را در کوره القایی نیز به کار برد.

شرکت آهن اینفو با داشتن سابقه طولانی در ارائه و فروش انواع ورق های فولادی درجه یک همواره سعی کرده تا نیاز مخاطبین خود را با بهترین کیفیت فراهم کند؛شما عزیزان برای اطلاع از قیمت ورق آهن و سایر ورق های تخت فولادی می توانید به دسته بندی مربوط به هر ورق مراجعه کرده و از قیمت لحظه ای آن با خبر شوید. 

حتما بخوانید:ورق فولادی چیست؟

تولید کنندگان آهن اسفنجی

جالب است بدانید در حال حاضر برخی از کارخانه های کشور، به تولید آهن اسفنجی به روش کوره بلند می پردازند که مجموع تولیدات آن ها 5 میلیون تن فولاد می باشد. این شرکت ها شامل ذوب‌آهن اصفهان، فولاد میبد، فولاد زاگرس، ذوب‌آهن غرب کشور و فولاد زرند هستند.

همچنین بهتر است بدانید امروزه هندوستان بزرگ ترین تولید کننده آهن اسفنجی در کل جهان به شمار می آید و تولیدات آن حدود 9/64 میلیون تن آهن اسفنجی برآورد شده است. کشور ایران نیز با تولید 5/11 درصد آهن اسفنجی، مکزیک با حدود ۱۰ درصد و ونزوئلا در حدود 12 درصد  در رتبه های بعدی قرار گرفته اند.