آهن اسفنجی چیست و کاربردهای اهن اسفنجی در صنعت

آهن اسفنجی چیست؟

آهن اسفنجی (sponge iron) از احیای مستقیم سنگ آهن بدست آمده و طی عملیات احیای بی واسطه، بدون نیاز به ذوب سنگ آهن، اکسیژن از آن حذف می‌گردد. در این روش گندله سنگ آهن که دارای عیار ۶۷ درصد است، احیا شده و نتیجه آن آهن اسفنجی خواهد بود.

در برخی موارد نیز به آن گندله متخلخل نیز گفته می شود؛ این محصول پس از ذوب و احیا در کوره فولاد سازی، در فرآیند ریخته گری به شکل محصولات مورد نیاز در آمده و به سه شکل اسلب (تختال)، بیلت (شمش) و میلگرد مورد استفاده قرار می گیرد.

استفاده از گندله متخلخل، حدوداً از سال ۱۳۸۹ در کوره‌های القایی در ایران آغاز شد. در آن زمان کمبود ضایعات فلزی وجود نداشت و هر چند روند کیفیت قراضه آهن به شکل نزولی بود، اما همچنان احساس نیازی به استفاده از آن نبود. اما برای اولین بار کارخانه های فولاد سازی در یزد با کمک کوره های القایی به مصرف آهن اسفنجی پرداختند.

پس از آن، بسیاری از کارخانه ها، از این محصول استفاده کردند؛ اما در ابتدا نتیجه فرایند تقریباً در تمامی شرکت ها، ناامید کننده بود؛ چرا که اولاً با روش شارژ آن آشنا نبوده و ثانیاً فسفر و گوگرد آن در مقایسه با قراضه، فرایند ذوب را دچار اختلال کرده و کربن بالای آن مشکل ساز می شد.

اما امروزه بسیاری از واحدهای کوچک و بزرگ تولید فولاد در کشور از این روش استفاده می کنند. ایران منابع طبیعی در دسترسی برای احیای مستقیم دارد. آهن اسفنجی یا گندله متخلخل جایگزین مناسبی برای ضایعات آهن بوده و لذا می توان درصد بالایی از مواد اولیه جهت ذوب را به جای استفاده از ضایعات، از طریق آهن اسفنجی تامین کرد.

دلایل استفاده از آهن اسفنجی

هندسه این محصول به صورت کروی شکل (گندله) و متخلخل بوده و به همین دلیل دارای ظاهری اسفنجی است. از همین رو به آن آهن اسفنجی گفته می شود. این محصول با توجه به عیار بالای آهن خود و با توجه به کمبود ضایعات آهن و افزایش قیمت آن و همچنین مشکلات زیست محیطی مورد توجه قرار گرفته است.

در دنیا نیز حدود ۵ درصد از فولاد به واسطه این محصول تولید می شود، و با توجه به شرایط اقتصادی و منابع معدنی محدود، استفاده از آن رو به افزایش است. امروزه آهن اسفنجی یا DRI با کاهش سنگ آهن و بدون ذوب کردن آن ایجاد می شود. این موضوع باعث می شود که یک منبع انرژی کارآمد برای تولید کنندگان فولاد خصوصا تولید کنندگانی که به آهن قراضه متکی بودند، ایجاد شود.

 کاربرد آهن اسفنجی

همانطور که گفته شد آهن اسفنجی دارای مقدار زیادی آهن بوده و از این رو می توان از آن به عنوان ماده اولیه فولاد در ریخته گری استفاده کرد. این محصول به دلیل داشتن عیار بالا نسبت به فلزات قراضه که قبلا از آن ها استفاده می شد، باعث شده تا کیفیت فولاد تولید شده به واسطه آهن اسفنجی دارای کیفیت بهتری باشد.

از طرفی هنگام تولید آهن اسفنجی، حدود ۵ درصد از مواد اولیه آن به نرمه آهن اسفنجی تبدیل شده که کاربردی غیر از خود آهن اسفنجی دارد. از این فراورده معمولا برای تولید بریکت آهن استفاده می شود.

با وجود این که اغلب کارخانجات فولاد برای ذوب آهن از کوره بلند استفاده می کنند، اما مزایای آهن اسفنجی و روش احیای مستقیم و استفاده از کوره های الکتریکی را توجیه پذیر می کنند. این مزایا عبارتند از:

• استفاده از آهن اسفنجی باعث تسریع فرایند ذوب می شود
• هزینه کمتر برای راه اندازی یک واحد احیای مستقیم و کوره الکتریکی نسبت به کوره های بلند (خصوصا در واحدهای کوچک)
• محدودیت کمتر روش احیای مستقیم از نظر محیط زیستی
• آهن اسفنجی دارای عیار نسبتا بالایی است
• آهن اسفنجی را می توان به شکل آهن گرم کلوخه شده (HBI) در آورد که باعث انبار کردن آسان آن می شود
• در فرایند احیای مستقیم می توان ازگاز طبیعی بدون حذف ناخالصی ها استفاده کرد

نحوه تولید آهن اسفنجی

برای تولید آهن اسفنجی از دو روش گازی (Gas Based) و یا استفاده از ذغال سنگ (Coal Based) بهره گرفته می شود. اغلب  کشورهایی که دارای ذخایر بالای گاز هستند، از روش گازی برای تولید این محصول استفاده می کنند. از آنجا که ایران نیز جزو دارندگان بزرگ ذخایر گازی است، لذا این روش در اولویت است.

به طور مثال، فولاد خوزستان و فولاد مبارکه جزء کارخانه هایی هستند که از گاز به عنوان ماده احیا کننده بهره می برند. برای تولید آهن اسفنجی با استفاده از گاز طبیعی از فناوری های زیر استفاده می شود:

• میدرکس
• HYL
• Purofer

در این بین روش های میدرکس و HYL رایج تر و شناخته شده تر بوده و برای مثال شرکت هایی همچون ایریتک و MMTE دارای تکنولوژی احیای مستقیم به روش میدرکس هستند. در بخش بعد به این روش پرداخته می شود.

تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس

روش میدرکس مبتنی بر گاز طبیعی بوده و به عنوان پر استفاده ترین روش تولید آهن اسفنجی شناخته می شود. لذا کشور ایران نیز به دلیل دارا بودن ذخایر گاز فراوان از این روش استفاده می کند. برای این منظور گاز طبیعی وارد واحد شکست شده و پس از حرارت دیدن و عبور از کاتالیست های مخصوص، به هیدروژن و کربن تبدیل می شود.

در گام بعد، این هیدروژن و کربن، وارد کوره ای به نام کوره احیا شده و با اکسیژن گندله سنگ آهن ترکیب می شود. این روش به عنوان کم مصرف ترین و پر بازده ترین روش بوده و حدود ۸۰ درصد از آهن اسفنجی ایران به واسطه این روش تولید می شود. روش دوم HYL بوده، اما به دلیل مصرف برق بالا و مشکلات ظرفیتی مربوطه کمتر از آن بهره گرفته می شود.

بنابراین روش HYL و روش‌های مبتنی بر زغال سنگ، کمتر در ایران استفاده می شود. ترکیبات شیمیایی تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس در جدول زیر ذکر شده است:

جمع بندی

آهن اسفنجی از جمله محصولاتی است که جایگزین قراضه آهن شده و می توان با ذوب آن به تولید محصولات فولادی مانند اسلب، شمش، و… پرداخت. این محصول دارای عیار ۶۷ درصد بوده که آن را برای استفاده در کوره هایی همچون کوره های القایی و الکتریکی مناسب و به صرفه کرده و از طرفی محصول نهایی دارای کیفیت خوبی خواهد بود. بنابراین می توان از آهن اسفنجی به عنوان ماده اولیه در کوره های ریخته گری استفاده کرده.

در کنار آن محصولی تحت عنوان آهن نرمه نیز ایجاد می شود که برای تولید بریکت آهن مورد استفاده قرار می گیرد. برای تولید آهن اسفنجی از سه روش میدرکس، HYL، و Purofer استفاده می شود. از آنجا که روش میدرکس مبتنی بر گاز بوده، و از طرفی ایران جزو دارندگان بزرگ ذخایر گازی است، لذا اغلب کارخانه های ایرانی از روش میدرکس بهره می برند.

برای کسب اطلاعات بیشتر و دریافت قیمت روز انواع محصولات فولادی می توانید با کارشناسان مجموعه آهن مال توسط شاره تلفن ۷۹۶۷۳-۰۲۱ تماس حاصل فرمایید.