آهن اسفنجی یا DRI یکی از محصولاتی به شمار می‌رود که اخیرا تجارت آن طرفداران زیادی پیدا کرده است و به عنوان گزینه‌ای جذاب در بازار آهن‌آلات و فولاد شناخته می‌شود. این محصول از احیای مستقیم سنگ آهن به وجود می‌آید و مهم‌ترین ویژگی آن داشتن عیار بالاست که موجب محبوبیت این محصول در میان خریداران شده است. در سال‌های گذشته روش‌های مختلف و گوناگونی برای تولید با بازدهی بیشتر این محصول ابداع شده است که در کشور‌های مختلف به کار گرفته می‌شود.
کشور ایران نیز توانسته است با استفاده از دانش و تجربه متخصصان داخلی اقدام به بومی‌سازی روش تولید آهن اسفنجی نماید و به عنوان یکی از کشور‌های بزرگ تولید کننده این محصول شناخته شود. در این مقاله تلاش بر این شده است که شما را با آهن اسفنجی، نحوه‌ی تولید و کاربردهای آن آشنا کرده و به سوالات احتمالی شما درباره این محصول پاسخ دهیم.
فهرست این مطلب
آهن اسفنجی چیست؟
آهن اسفنجی یا گندله متخلخل به ماده‌ای گفته می‌شود که از احیای سنگ آهن به روش مستقیم (Direct Reduced Iron) یعنی بدون نیاز به عملیات ذوب کردن به وجود می‌آید. در طی فرآیند احیای مستقیم و به دلیل خروج گاز اکسیژن، سنگ آهن به قطعات کروی شکل، با شکل ظاهری متخلخل مانند اسفنج که بر روی سطح خود دارای سوراخ‌های کوچکی است تبدیل می‌شود. همین شکل و ویژگی ظاهری نیز دلیل نام گذاری این محصول شده است.
فرمول شیمیایی آهن اسفنجی در واقع همان فرمول شیمایی آهن (Fe) است؛ زیرا این محصول از طریق احیای مستقیم آهن به وجود می‌آید و در نهایت ممکن است مقداری ناخالصی نیز داشته باشد.
آهن اسفنجی پس از ذوب شدن و در طی فرآیند ریخته گری به سه محصول شمش، تختال (اسلب) و میلگرد تبدیل می شود که این سه محصول برای استفاده در مصارف مختلف به کارخانجات ارسال شده و در آنجا به محصولات پرکاربردتر دیگری تبدیل می شوند. گندله که دارای عیار بسیار بالایی از آهن است، امروزه با توجه به کمبود ضایعات آهن و مسائل زیست محیطی بسیار مورد توجه قرار گرفته است و به عنوان جایگزین مناسبی برای ضایعات آهن شناخته می‌شود.
روش تولید آهن اسفنجی
به طور کلی سنگ آهن به دو روش گاز طبیعی و زغال سنگ احیا شده و منجر به تولید آهن اسفنجی می‌شود. فرایند احیای سنگ آهن به وسیله گاز طبیعی به سه روش میدرکس،HYL و Purofer انجام می شود که در میان این روش‌ها، روش میدرکس نسبت به سایر روش‌ها کاربردی تر است. در فرایند احیا به وسیله زغال سنگ نیز از روش‌های Jindal ،DRC و SL/ RN جهت تولید این محصول استفاده می‌شود. در ادامه به بررسی این روش‌ها می‌پردازیم و درباره هرکدام توضیحاتی ارائه خواهیم داد.
۱) تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس
در این روش که یکی از مناسب‌ترین روش‌ها برای احیای سنگ‌آهن به شمار می‌آید، در ابتدا گاز متان وارد واحد شکست شده تا به دو گاز احیا کننده اکسیژن و هیدروژن تجزیه شود. پس از آن متان تجزیه شده در یک کوره استوانه ای دمیده می شود. همزمان با دمیدن متان تجزیه شده، سنگ آهن از بالا داخل کوره انداخته می‌شود تا با گاز متان تجزیه شده برخورد کند.
گاز طبیعی متان تجزیه شده هنگامی که در کوره دمیده شد، داغ می‌شود و سنگ‌های آهن به هنگام برخورد با آن اکسیژن خود را از دست می دهند. در آخر گلوله‌هایی متخلخل از آهن خالص که پخته و سخت شده‌اند تحت عنوان محصول نهایی ارائه می‌شوند. آهن اسفنجی که با روش میدرکس تولید می شود به دلیل سختی بیشتر در هنگام انجام عملیات ذوب به انرژی بیشتری نیز نیاز خواهد داشت.
روش میدرکس یکی از پربازده‌ترین روش‌ها برای تولید آهن اسفنجی به شمار می‌آید و حدود 80 درصد از آهن اسفنجی ایران نیز به همین روش تولید می‌شود.
۲) تولید آهن اسفنجی به روش HYL
در روش HYL نیز مانند روش میدرکس، از گاز طبیعی برای احیای سنگ آهن استفاده می شود، با این تفاوت که تجهیزات مورد نیاز در این فرایند و مراحل تولید محصول نهایی دارای پیچیدگی و هزینه بیشتری نسبت به روش میدرکس می‌باشند.
پروسه احیای سنگ آهن شامل دو بخش کلی یعنی یک بخش آماده سازی و تجزیه گاز طبیعی و بخش کوره احیای آهن می باشد. در واحد آماده سازی گاز طبیعی، گاز طبیعی متان با بخار آب ترکیب شده و منجر به تجزیه عناصر تشکیل دهنده می‌شود. سپس این عناصر در کوره با سنگ آهن دمیده خواهد شد که محصول نهایی و به دست آمده آهن اسفنجی است.
آهنی که در این فرایند تولید می‌شود دارای کربن بیشتری در محتوای خود است و به اصطلاح کربوره شده است.
۳) تولید آهن اسفنجی به روش SL/Rn
در این روش به جای گاز طبیعی از زغال سنگ برای فرایند احیای سنگ آهن استفاده می‌شود. این فرایند شامل یک بخش تغذیه است که در آن مواد اولیه با یکدیگر ترکیب می‌شوند. مواد اولیه شامل سنگ آهن یا کلوخه آهن است که ابتدا به بخش تغذیه کننده وارد شده و پس از آن آهک و دولومیت به همراه زغال سنگ به مواد اولیه اضافه می شود تا برای مرحله احیا به کوره افقی فرستاده شوند.
یکی از دلایل استفاده از دولومیت و آهک در ترکیب مواد اولیه کمک به حفظ درصد گوگرد مورد نیاز برای انجام فرآیند است. در بخش کوره افقی که دارای شیب خیلی کمی است و به صورت دورانی حرکت می کند، مواد اولیه در آنجا ریخته می‌شود و به صورت آهسته در کوره به حرکت در می آیند.
در این مرحله دمای کوره تا حدی بالا می‌رود که زغال سنگ کک نشود و شروع به سوختن و تولید دی اکسید کربن کند. تولید دی اکسید کربن آنقدر ادامه پیدا می کند و دما بالا می‌رود تا سنگ آهن به صورت کامل احیا شود.
سپس سنگ آهن احیا شده به واحد خنک سازی روانه شده و در آخر با استفاده از روش های مغناطیسی آهن اسفنجی به عنوان محصول نهایی جداسازی می شود.
کاربرد آهن اسفنجی
به طور کلی، آهن اسفنجی جایگزین مناسبی برای ضایعات آهن به شمار می‌آید. در نتیجه با استفاده از آن می‌توان درصد بالایی از مواد اولیه جهت فراهم آوردن ذوب مورد نیاز واحدهای فولادسازی را به جای استفاده از ضایعات تهیه نمود. از مهم‌ترین کاربردهای این محصول، استفاده شدن در کوره‌های القائی است که توانایی جایگزینی 50 درصدی آن با قراضه وجود دارد.
از جمله دیگر کاربردهای آهن اسفنجی، استفاده از این محصول در صنایع چدن و فولادسازی است که به دلیل خلوص بالای آهن و ترکیبات شیمیایی خاص خود، باعث تولید فولاد مستحکم و با کیفیت‌تری می‌شود.همچنین از دیگر کاربردهای این محصول می‌توان به ساخت انواع شمش فولادی در کوره‌های قوس الکتریکی اشاره کرد که میزان بهره وری و بازدهی شمش فولادی را به مقدار مناسبی افزایش می‌دهد.
استفاده از این محصول در صنعت تولید اسلحه و ابزار‌های آهنی، از دیگر کاربرد‌ها و تفاوت‌های آن با ضایعات آهن است که به دلیل خواص خود استحکام بیشتری به این محصولات می‌دهد.
خطرات آهن اسفنجی
توانایی اکسیداسیون، زنگ‌زدگی و اشتعال‌پذیری بالا در حالت خمیری را می‌توان از جمله خطرات مهم آهن اسفنجی نامید. برای برطرف کردن این مشکلات نیاز است تا در اسرع وقت این محصول به فولاد تبدیل شود و یا حفاظی برای آن در نظر گرفته شود. برای حل مشکل اکسیداسیون نیز می‌توان با استفاده از آهک، سیلیکات سدیم، گاز خنثی و همچنین قرار دادن در محفظه سر پوشیده از این محصول محافظت کرد.
دلیل آتش گرفتن آهن اسفنجی
دلیل اصلی آتش گرفتن آهن اسفنجی را می‌توان واکنش پذیری بالای آن دانست. اهن اسفنجی به دلیل داشتن سطح ویژه زیاد و ساختاری متخلخل می‌تواند در واکنش و یا تماس با اکسیژن به سرعت گرمای زیادی را آزاد کند و باعث اشتعال خود شود.
تفاوت گندله و آهن اسفنجی
در مورد تفاوت آهن اسفنجی و گندله می‌توان اینگونه توضیح داد که گندله آهن از کنسانتره آهن (به شکل آسیباب‌شده)، به همراه چند نوع ماده افزودنی تولید می‌شود و در واحدهای احیای مستقیم و ذوب مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما آهن اسفنجی به وسیله‌ی احیای مستقیم گندله آهن تولید می‌شود و در آن هیچ فرایند ذوبی انجام نمی‌شود. در واقع اگر بخواهیم به صورت ساده تفاوت این دو محصول را توضیح دهیم، می‌توان گفت که گندله، ماده اولیه تولید آهن اسفنجی به حساب می‌آید.
بریکت چیست؟
بریکت در واقع همان آهن اسفنجی است با این تفاوت که در زمان تولید، به شکل تکه‌های بزرگ فشرده و قالب‌گیری می‌شود و با توجه به نوع مواد و دمایی که در آن بریکت‌زنی انجام می‌شود، به سه دسته بریکت سرد، بریکت گرم و بریکت نرمه (یا همان نرمه آهن اسفنجی) تقسیم می‌شود.
قیمت آهن اسفنجی
قیمت آهن اسفنجی نیز مانند بیشتر محصولات فولادی با توجه به قیمت دلار به روزرسانی می‌شود و نوسانات ارزی از عوامل مهم در تعیین قیمت این محصول به شمار می‌آید. شما می‌توانید جهت دریافت مشاوره و اطلاع از آخرین قیمت این محصول با شماره تلفن ۶۶۲۰۰۲۰۰–۰۲۱ تماس برقرار کنید و با مشاورین باتجربه فولادینو به صورت مستقیم ارتباط داشته باشید.
جمع‌بندی
در این مقاله ابتدا این محصول را تعریف کردیم، سپس به بررسی روش‌های تولید این محصول پراهمیت پرداخته و در آخر به کاربردهای این محصول اشاره کردیم. شما می‌توانید برای دیدن سایر مقالات آموزشی، سفارش و خرید انواع محصولات و قیمت روز محصولات فولادی بر روی مقالات فولادینو کلیک کنید.