آهن اسفنجی، از احیای مستقیم سنگ آهن بدست می آید و اصطلاحا به آن DRI نیز گفته میشود.
آهن اسفنجی منبعی با عیار بالا برای ساخت آهن و فولاد است که از بازیافت کانی آهن طبیعی یا فرآوری شده بدون رسیدن به دمای ذوب، به دست می آید. در این روش گندله سنگ آهن که دارای عیار ۶۷% می باشد احیا گردیده و حاصل آن آهن اسفنجی (گندله متخلخل) با متالیزاسیون fe ( حدود ۹۲ درجه) بدست می آید. محصول واحد احیاء بدون گذراندن قسمت خنک کاری در کوره و با دمای در حدود ۶۰۰ درجه سانتی گراد توسط سیستم انتقال مواد ویژه به بخش فولادسازی برای شارژ مستقیم کوره انتقال می‌یابد.
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. امروزه در حدود ۵% از فولاد جهان از آهن اسفنجی (DRI) تولید میشود و این روند رو به افزایش است.
کاربرد آهن اسفنجی
کاربرد آهن اسفنجی در کوره های القائی بعنوان یکی از مهم ترین کاربردهای آن می باشد. میتوان گفت که استفاده از آهن اسفنجی، در کوره های القائی قادر است که نزدیک به ۵۰ درصد، جایگزین قراضه شود. ولی کاربرد آن در کوره القایی، نیازمند دانش فنی و تجربه می باشد. همچنین استفاده از آهن اسفنجی تحولی بزرگ در ریخته گری مداوم صنعت فولاد می باشد.
تقریبا در همه روش های تولید فولاد استفاده از آن مقدور می باشد. بسیاری از واحدهای کوچک و بزرگ تولید فولاد در کشور از این روش‌ها استفاده میکنند. ایران منابع طبیعی در دستر‌تری برای احیای مستقیم دارد.آهن اسفنجی جایگزین مناسبی برای ضایعات آهن میباشد بنابراین میتوانیم درصد بالایی از مواد اولیه جهت تامین ذوب مورد نیاز واحدهای فولادسازی را بجای استفاده از ضایعات، از طریق آهن اسفنجی تامین کنیم.
احیای مستقیم سنگ آهن، از طریق منابع گازی یا زغال سنگ صورت می پذیرد. انتخاب روش احیای مستقیم سنگ آهن، وابسته به محل قرارگیری کارخانه تولیدکننده و منابع موجود در دسترس می باشد. بعنوان مثال در کشور ایران، با وجود منابع غنی گازی، انتخاب منابع گازی، انتخابی معقولانه تر می باشد و گاز بعنوان ماده احیا کننده مورد استفاده قرار میگیرد. همانطور که میدانید، استفاده از منابع زغال سنگ برای احیاسازی، مشکلات آلودگی هوا را نیز در پی دارد و دسترسی به معادن آن کار آسانی نیست. ولی در حال حاضر بزرگترین تولیدکننده آهن اسفنجی در دنیا، کشور هندوستان می باشد که از منابع زعال سنگ استفاده میکند.
فرآیند تولید آهن اسفنجی با استفاده از منابع گازی و زغال سنگ دارای روش‌های ذیل می باشد :
منابع گازی:
روش میدرکس (Midrex)
اچ – وای – ای (HYL)
منابع زغال سنگ:
SL/RN (اس – ال – آر – ان)
Jindal (جیندال)
DRC (دی – آر – سی)
تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس
این روش بعنوان پر استفاده ترین روش های تولید در ایران و جهان می باشد.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 کوره ای 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 می شود.این روش به عنوان کم مصرف ترین روش و پر بازده ترین روش ها در ایران و جهان می باشد. حدود ۸۰ درصد آهن اسفنجی ایران، به این روش تولید میگردد. بعد از آن روش HYL می باشد ولی مصرف بالای برق آن و مشکلات ظرفیتی آن است. بنابراین روش HYL و روش هایی که بر مبنای زغال سنگ هستند، در ایران استفاده نمی‌شود.
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.
چرا تولید کنندگان فولاد، ازآهن اسفنجی استفاده میکنند؟
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.
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