روش های تولید آهن اسفنجی چیست؟

روش های احیای مستقیم آهن اسفنجی

 شرکت میدرکس آمریکا به عنوان پیشرو و اولین شرکت در زمینه تولید آهن‌ اسفنجی فعالیت می کند این روش با نام این کمپانی در بیشتر نقاط جهان ادامه دار شده است. طبق تصویر ذیل، 63 درصد از سهم تولید آهن‌ اسفنجی با کمک این روش می باشد. گروه دیگری نیز با این روش آهن اسفنجی تولید می کنند . این گروه شرکت مکزیکی HYL می باشد. شرکت HYL امروزه ادعا می کند که با استفاده از حذف رفرمرگازی توانسته اند به نسل چهارم کوره‌های دست یابند و به بازار عرضه کنند.در ادامه روش HYL را که با نام این کمپانی می باشد را نیز به شما توضیح می دهیم.

نمودار روش‌های احیای مستقیم

روش های دیگرتولید آهن اسفنجی

دو دسته کلی:

1. بر مبنای ذغال سنگ: SL/RN ، Jindal ، DRC
2. ابداعی ایران: PERED

تولید آهن اسفنجی به روش احیا مستقیم(روش میدرکس)

امروزه یکی ازکارآمدترین فرآیندها برای تولید سنگ آهن گندله و تولید آهن اسفنجی مکانیزم احیای مستقیم به شیوه ی گازی می باشد. در این شیوه ,احیا کننده یک گاز طبیعی می باشد. به طور معمول این گاز , متان (CH4) در نظر گرفته می‌شود. (حدودا ۸۵ درصد گاز طبیعی از متان تشکیل شده است، به همین دلیل متان را با تقریب گاز طبیعی در نظر میگیرند). در مکانیزم احیای مستقیم گندله‌ها از سمت بالایی کوره به قسمت عمق منتقل می شوند. در این محدوده ی زمانی گاز احیا کننده نیز به طور هم زمان درون کوره پخش می‌شود.

همان گونه که ذکر شد گاز هیدروژن و مونواکسید کربن را ترکیب می کنند.البته این دو نوع گاز قبل از انتقال به کوره در واحد رفورمر، با شکسته و تجزیه شدن تهیه می‌شوند. گاز احیا کننده به طور نرمال به‌دلیل وجود جریان طبیعی سیال داغ (1000 درجه سانتی‌گراد)، به سمت بالا حرکت می کند.در حین این ترکیب با سقوط گندله‌ها درصد اکسیژن آن ها کاهش می یابد. محصول نهایی تولید شده آهن اسفنجی می شود.

بطور کلی فرایند احیای مستقیم برای یک سنگ آهن مطابق با شکل ذیل می باشد. ضمن آن که همواره قسمتی از گاز به سمت بالا صعود کرده و از درون کوره خارج می شود.در مرحله بعد از آن به عنوان سوخت دوباره استفاده می شود.علت آن داشتن مقدار زیادی از اکسید کربن و هیدروژن است. در ضمن آنکه میزانی از این گاز بازگشت داده شده است، این مقدار گاز می‌تواند برای اکسایش متان نیز مورد استفاده قرار گیرد.

فلوچارت احیا آهن

مزایا و معایب روش میدرکس در روش های احیای مستقیم

مزایای بسیار روش میدرکس باعث شده تا این روش در بین تولیدکنندگان آهن اسفنجی پر استفاده(در حدود 60 درصد) باشد. از آن به عنوان یک تکنولوژی یاد شود.

بدلیل این که سیستم سهولت بیشتر داشته باشد.همچنین بازدهی اسفنج تولید شده بالا باشد(درصد متالیزیشن 94 تا 96) . از طرف دیگر هزینه‌های مربوط به تعمیرات در این شیوه کاهش یابد.همچنین آن‌ را به بستری مناسب برای سرمایه‌گذاری تبدیل می کنند. نکته دیگر آن می باشد که اسفنج‌های تولیدشده توسط روش میدرکس یکنواختی بیشتری از جهات ترکیب شیمیایی دارا می باشند.

روش میدرکس با وجود تمامی مزایا و محاسنی که دارد بدیهی است که نقاط ضعفی نیز داشته باشد. از جمله معایب :آهن اسفنجی تولید شده در روش میدرکس سختی بیشتری نسبت به سایر روش‌ها دارد. این یعنی این روش در ابتدا به انرژی اولیه بسیاری نیز نیاز خواهد داشت. نکته مهم دیگر فرسایش بدنه کوره ی احیا در طی گذر زمان می باشد. البته این مورد تا حدودی رفع شده است.شیوه ی رفع هم توسط عایق بندی مناسب می باشد.

فرایند احیای مستقیم به روش میدرکس

تولید آهن اسفنجی به روش HYL

این مکانیسم از ابتدای دهه ۵۰ میلادی ابداع شد. به شیوه ی آزمایشی و با ظرفیت اسمی 2 تن در روز طراحی شد.اولین مشکل سر راه آزمایشات،عدم‌ دستیابی به میزان لازم احیا در طول فرآیند است که پس از ۱۸ ماه تحقیق و بررسی، سرانجام بعد از اعمال چندین تغییر که از جمله مهمترین آنها تغییر در سیستم احیاکننده بود.اولین سیستم احیای مستقیم سنگ آهن و تولید آهن اسفنجی به روش HYL ایجاد شد.البته بصورت آزمایشی در میانه سال 1955 راه‌اندازی شد. آزمایشات موفقیت‌آمیز بود و ظرفیت آهن‌اسفنجی تولیدی به مرور در حال افزایش نیز بود.به نحوی که در آخرین روزهای پژوهش این فرآیند، سیستم، قادر به تولید ۶۰ تن آهن اسفنجی در روز به نحو بهینه شده‌ بود.

تولید آهن اسفنجی به روش HYL

در این مکانیسم از گاز طبیعی تفکیک شده (پس از حذف ریفرمر) استفاده می شود. این گاز طبیعی به عنوان یکی از عوامل احیاء کننده مثل روش میدرکس می باشد. علاوه بر آن برای تولید گاز احیایی هیدروژن و افزایش آن در ترکیب گاز احیایی استفاده از بخار آب را در نظر گرفته اند. در این مکانیزم میزان هیدروژن موجود در ترکیب گاز احیایی به نسبت کربن مونو اکسید بسیار بیشتر بوده است. عامل اصلی احیا که هیدروژن می باشد نیز وجود دارد.کوره در این روش نیز همانند کوره ای است که در شافت عمودی در سبک میدرکس می باشد. آب بندی این کوره با کمک فعالیت های مکانیکی (هیدرولیکی) انجام می شود.فشارمحیط واکنش بسیار بیشتر می باشد و تا 7 اتمسفر میتوان تنظیم کرد.دلیل آن نیز به دست آوردن سرعت واکنش احیای مستقیم به‌دست آید.

آهن اسفنجی در ایران

ساختار و شکل آهن اسفنجی متخلخل و کروی می باشد. آهن اسفنجی ای محصول احیای مستقیم باشد.این محصول در حدود 5 درصد از فولاد دنیا به کار رفته است. از آهن اسفنجی برای استخراج آهن درون کوره القایی استفاده می شود.این شیوه ی استخراج از سال 1389 در ایران استارت خورده است. یکی از پیشگامان در این مسیر کارخانه ی یزد می باشد. لازم به ذکر می باشد که در آن زمان مسئله کمبود قراضه وجود نداشت . یکی از دلایل عدم استفاده از آهن اسفنجی کمبود قراضه می باشد .

چالش های تولید آهن اسفنجی به روش احیای مستقیم

در ابتدا استفاده از آهن اسفنجی، باعث ایجاد یک سری چالش برای کارخانه‌های تولیدکننده فولاد شد. عدم آشنایی با شیوه ی شارژ کوره به کمک محصول احیای مستقیم و وجود فسفر و گوگرد در آن سبب شد تا مدت زمان ذوب و مقدار سرباره تا حد زیادی بالا برود. این قبیل مسائل باعث شد تا کارخانه‌ها روی خوشی به استفاده از آهن اسفنجی نشان ندهند.بعد از این زمان با پیشرفت‌هایی که ایجاد شد.آشنایی با این شیوه و مهمتر از همه موجب کمبود قراضه شد تا آهن اسفنجی روز به روز بیشتر مورد استفاده قرارگیرد.