جستجو
جستجوی دقیق کلمه
انگلیسی

برای دانلود اینجا کلیک کنید

گروه پژوهشی آهن و فولاد ارفع
(دارای مجوز از وزارت علوم، تحقیقات و فناوری)

گروه پژوهشی آهن و فولاد ارفع در راستای توسعه فعالیت های ترویجی در حوزه آهن و فولاد، ارائه مطالب علمی و تخصصی در این حوزه را رسالت خود می داند.

آهـن اسـفنـجـی

آهن اسفنجی، خوراك با عيار بالا براي تولید آهن و فولاد است که از احیای مستقیم سنگ آهن (Direct Reduction of Iron) به دست می آید. عمل احیا موجب حذف یا از بین رفتن اکسیژن در سنگ آهن شده و سنگ را به شکل شانه عسل یا ساختار متخلخل اسفنجی شکل در می آورد. DRI می تواند به اشکال مختلف تبدیل و برای فرآیندهای بعدی آماده شود.

بریکت سرد آهن اسفنجی CBIوCBSI آهن اسفنجی
آهن اسفنجی گرم HDRI بریکت گرم آهن اسفنجیHBI

آهن اسفنجی جایگزین مناسبی برای قراضه در واحدهای فولادسازی EAF/IF است، چون از نظر شیمیایی همگن بوده، فاقد عناصر مضر یا زائد بوده و مصرف کک و نیاز به عملیات متالورژی ثانویه کمتری دارد. به دلیل ترکیب مشخص DRI یا HBI امکان پیش بینی دقیق آنالیز نهایی فولاد در تغذیه مستمر با آهن اسفنجی وجود دارد. در کوره های قوس الکتریکی و فرآیندهای مبتنی بر EAF نیز استفاده از DRI موجب می شود تا از میزان برق مصرفی ۱۵ کیلووات در ساعت در هر تن DRI تولید شده کاسته شود همچنین مصرف الکترود و نسوز نیز کاهش داده می شود.

  • تولید آهن اسفنجی در ایران و جهان

تولید آهن اسفنجی در کشور در مقیاس صنعتی از سابقه طولانی برخوردار است. تقریبا همزمان با معرفی آهن اسفنجی جهت استفاده در کوره های قوس الکتریکی توسط شرکت میدرکس، قرارداد یک واحد تولید آهن اسفنجی به روش پروفر در دهه 70 میلادی برای احداث در مجتمع فولاد خوزستان بسته شد و در نهایت در دهه 60 شمسی واحد مذکور به تولید رسید. با افتتاح واحدهای اچ.وای.ال در فولاد خوزستان و پس از آن با افتتاح مدول های 5 گانه تولید آهن اسفنجی مجتمع فولاد مبارکه، ایران به یکی از بزرگترین تولید کنندگان آهن اسفنجی در جهان تبدیل شد. به نحوی که امروزه ایران به عنوان دومین تولید کننده آهن اسفنجی جهان مطرح است. در رابطه با تولید آهن اسفنجی در جهان نیز شکل زیر میزان استفاده از روش های مختلف تولید آهن در جهان را نشان می دهد:

  • روش های تولید آهن اسفنجی:

تکنولوژی تولید آهن اسفنجی به دو دسته اصلی برپایه گاز طبیعی و زغال سنگ تقسیم می شود. بر اساس ظرفیت واحد، روش های تولید به دو دسته کوچک مقیاس و بزرک مقیاس تقسیم می شوند. معمولا روش هایی با ظرفیت های تولید زیر 300 هزار تن در سال را کوچک مقیاس و بیشتر از 500 هزار تن را بزرگ مقیاس گویند.
روش های مبتنی بر استفاده از گاز طبیعی
HYL:
اساس كار در اين روش استفاده از گاز احيا كننده حاصل از تغيير فرم گاز طبيعي به بخار آب و استفاده از آن در راكتور ساكن يا متحرك که با مواد آهن دار شارژ شده است مي باشد. با گذشت زمان تغییراتی در جهت بهبود فرآیند HYL بعمل آمد که منجر به ارائه روش های HYLIII و HYL ZR (حذف ریفرمر) شد.
یکی از مزایای بزرگ روشHYLZR انعطاف پذیری قابل توجه آن در خصوص مشخصات مواد اولیه می باشد همچنین آهن اسفنجی پر کربن تولید شده به دلیل حضور کربن در فاز سمنتیت (Fe3C) غیرفعال شده و ذخیره سازی و حمل و نقل آن براحتی امکان پذیر است. نکته مهم دیگر درصد بالای کربن در محصول HYL ZR نسبت به روش میدرکس است که سبب نام گذاری آن به ENERGIRON یا آهن پر انرژی شده است که بخش قابل توجهی از انرژی مورد نیاز کوره های قوس الکتریکی را تامین می کند.
خطرات و ملاحظات کار با فشار بالا (5 تا 8 اتمسفر)، اقتصادی بودن این فرآیند تنها در مقیاس های تولید بالا و تازگی این روش در مقایسه با روش های تولید قدیمی تر را به عنوان محدودیت های این روش می توان نام برد.
روش ميدركس:
روش میدرکس به عنوان موفق ترین روش احیا مستقیم تولید آهن اسفنجی بر پایه گاز طبیعی شناخته می شود و در کشور ما نیز از مقبولیت بالایی برخوردار است. کمترین ظرفیت تولید این روش 400 هزارتن آهن اسفنجی در سال است. و معمولا در ظرفیت های بالای 800 هزار تن اقتصادی است. روش میدرکس از یک کوره قائم بستر متحرک بهره می گیرد که با گندله جامد شارژ شده است و با دمش گاز احیایی به کوره فرآیند احیا انجام می شود.
استفاده از گاز خروجي راكتور احيا براي تغيير فرم گاز طبيعي و توليد گاز احيا، انجام فرآيند در فشار پايين، امكان باردهي سرد، مصرف انرژی پایین و هزینه سرمایه گذاری کمتر نسبت به روش HYLZR را از مزاياي روش ميدركس می توان نام برد. این روش محدودیت هایی نیز دارد که شامل لزوم استفاده از شارژ با کیفیت با گوگرد پایین، فعال بودن آهن اسفنجی تولیدی این روش و خطر انفجار و اشتعال محصول در انباشت و یا حمل و نقل و اقتصادی بودن تولید در ظرفیت های بالا را می توان نام برد.
روش های پایه زغال
فرآیندهایی که برای احیای مستقیم پایه زغال توسعه یافته اند از زغال کک نشو به عنوان عامل احیا کننده اصلی بهره می برند و معمولاً واکنش های احیا در کوره های دوار، کوره های بوته ای دوار یا کوره های تونلی انجام می گیرد.
SLRN:
در روش SLRN که بزرگترین، قدیمی ترین و پرکاربردترین روش فرآیندهای پایه زغال مبتنی بر کوره دوار است، سنگ آهن (هماتيت پر عیار ) به همراه زغال سنگ، آهك يا دولوميت (جهت حذف گوگرد) به طور مداوم وارد كوره دوار مي گردد. زغال در اين فرآيند علاوه بر احیا کنندگی نقش سوخت را نیز ایفا می نماید. حرارت مورد نیاز این فرآیند از طریق مشعلی که در خارج کوره قرار دارد و همچنین سوختن زغال تامین می شود. با وجود سادگی و مرسوم بودن این تکنولوژی همچنین مزایایی از جمله مصرف پایین آب، برق و گاز و مقرون به صرفه بودن تولید در تناژ پایین، روش SLRN دارای محدودیت هایی نیز می باشد. اصلی ترین محدودیت این روش راندمان احیایی پایین است که به دلیل نحوه شارژ مواد اولیه به کوره ایجاد می شود.
COREX:
فرآیند COREX را فرایندی شامل ذوب و احیا جهت تولید آهن به کمک زغال و سازگار با محیط زیست می شناسند. در این روش زغال در محفظه ای می سوزد و گاز احیایی تولید شده با ورود به محفظه مواد اولیه عمل احیا را انجام می دهد. از مزایای این روش عدم نیاز به مخلوط کردن بار آهن و پودر زغال و همچنین امکان شارژ مستقیم کلوخه و زینتر به کوره عمودی است. از طرفی محصول خروجی که بصورت مذاب است محدودیت هایی را برای این فرآیند بوجود می آورد. همچنین این تکنولوژی فرآیندی کوچک مقیاس محسوب می شود.
روش های مبتنی بر سینی دوار (RHF):
شامل روش های FASTMET, FASTMELT و ITmK3. روش کلی کار بدین شکل است که ماده اولیه و عامل احیاء کننده با یکدیگر مخلوط شده، گندله سازی و خشک شده و سپس گندله ها بداخل یک کوره چرخان (RHF) تغذیه می شوند. حرارت موردنیاز از طریق مشعل هایی در بالای سینی دوار تامین می شود و عمل احیا انجام می گردد و آهن اسفنجی تولید می شود. از نظر نوع ماده اولیه هر نوع اکسید آهن با گستره وسیعی از عیار آهن (از کم، متوسط تا بالا) و به اشکال فیزیکی مختلف، قابلیت شارژ در روش FASTMET را دارد که مزیت این روش محسوب می شود. همچنین محصول خروجی روش ITmK3 بصورت ناگت آهن با خلوص بالاست و در نتیجه ذوب و سرباره گیری از آهن اسفنجی تولید شده حاصل می شود. این روش ها بدلیل برخی مشکلات جایگاهی در بین روش های عمده احیا مستقیم ندارند.
کوره تونلی:
در این روش، به عنوان یکی از روش های کوچک مقیاس، تولید آهن در کوره تونلی با استفاده از سنگ آهن به همراه زغال حرارتی یا آنتراسیت به عنوان عامل احیا کننده و آهک صورت می گیرد .محصول کوره تونلی پودر آهن اسفنجی است که پس از تولید بااستفاده از دستگاه های بریکت زنی تبدیل به بریکت سرد آهن اسفنجی می شود. از مزایای این روش هزينه پايين سرمايه گذاري، غیرفعال بودن محصول، ساده بودن تكنولوژي و عملی بودن فرآیند، هزینه پایین تولید و مصرف پایین آب در فرآیند تولید را می توان نام برد. این مزایا کوره تونلی را به یکی از روش های جذاب تولید آهن اسفنجی تبدیل کرده است. همچنین بریکت آهن اسفنجی تولیدی در این روش قابلیت انبار کردن و حمل و نقل مناسبی دارد.

  • اطلاعات تماس:

وب سایت:www.arfa-research.com
ایمیل:info@arfa-research.com
تلفن:6- 88610154-021
دورنما:88610157-021
نشانی:تهران، خیابان سید جمال الدین اسد آبادی نبش خیایان هفتاد ودوم، شماره 522، واحد 2