آهن پويا - فروش و صادرات آهن آلات

آهن اسفنجی

آهن اسفنجی یا DRI یک محصول فلزی است که از طریق کاهش مستقیم سنگ آهن در حالت جامد تولید می شود. به عبارت دیگر، آهن اسفنجی از احیای مستقیم سنگ آهن (Direct Reduced Iron) به دست می آید.
سنگ آهن همان گندله است که به دنبال فرآیند احیای مستقیم (بدون واسطه) و بدون نیاز به ذوب سنگ آهن، اکسیژن آن حذف می گردد. حذف اکسیژن موجود در سنگ آهن توسط گازهای کاهنده یا کربن به دست آمده از گاز شهری و ذغال سنگ انجام می شود.
کیفیت آهن اسفنجی عمدتا توسط درصد"فلزیزاسیون"  (حذف اکسیژن) تعیین می شود. شکل ظاهری آهن اسفنجی به صورت قطعات کروی (گندله) است و چون دارای ظاهری اسفنجی است، به آن آهن اسفنجی می گویند. آهن اسفنجی در تولید بریکت و شمش های فولادی در کوره ی قوس الکتریکی تاثیر مثبتی دارد و مصرف انرژی، بهره وری، بازدهی و شرایط مکانیکی شمش فولادی را بهتر می کند.

عیار آهن اسفنجی

آهن اسفنجی دارای عیار بالایی از آهن بوده که امروزه با توجه به کمبود ضایعات آهن و افزایش قمیت آن و همچنین مشکلات زیست محیطی رواج بیشتری دارد.
میزان و عیار آهن در آهن اسفنجی بین 84 الی 95 درصد است. عیار بالای آهن اسفنجی باعث شده منبع مناسبی برای تولید آهن و فولاد محسوب می شود.

روش های تولید آهن اسنفجی

1-    با استفاده از گاز طبیعی.
2-    با استفاده از ذغال حرارتی.
3-    به شیوه ی احیای مستقیم میدرکس

در هر دو روش تولید آهن اسفنجی مبتنی بر گاز و ذغال سنگ، برای تبدیل سنگ آهن به فلز آهن (در دمای کمتر از نقطه ذوب زیر 1200 درجه سانتی گراد) اکسیژن موجود در انواع سنگ های آهن (سنگ آهن، گندله، کنسانتره ، گرد و غبار کوره و...) جدا می شود.
در حقیقت آهن تولید شده با فرآیند احیای آهن اسفنجی باعث صرفه جویی در انرژی می شود زیرا به حرارت و سوخت زیاد و استفاده از کوره های سنتی نیاز نیست. آهن اسفنجی در کوره های قوس الکتریکی به فولاد تبدیل می شود.

تولید به روش احیای مستقیم میدرکس:

استفاده از این روش بسیار به محل قرار گرفتن کارخانه تولیدکننده و منابع موجود بستگی دارد. استفاده از منابع ذغال سنگ برای احیای مستقیم منجر به آلودگی هوا می شود و معادن آن به راحتی در دسترس نیستند. در ایران با توجه به وجود منابع خوب گازی، احیای سنگ آهن با استفاده از فناوری میدرکس انجام می شود. امروزه کشور هند با توجه به منابع ذغال سنگ برای احیای سنگ آهن، به عنوان بزرگترین تولیدکننده ی آهن اسفنجی در دنیا محسوب می شود.

کاربرد آهن اسفنجی

آهن اسفنجی جایگزین خوب برای ضایعات و قراضه های آهن است و با استفاده از این ماده میزان زیادی از مواد اولیه برای ذوب در واحدهای فولاد سازی به جای استفاده از ضایعات، فراهم می شود. از مهم ترین مصارف و کاربردهای آهن اسفنجی در کوره های القائی است. در این کوره های حدود 50 % از آهن اسفنجی را می توان جایگزین قراضه کرد. البته با استفاده از کوره های القائی نیاز به دانش فنی و تجربه دارد.
از آنجا که آهن اسفنجی به خودی خود مفید نیست از آن می توان در تولید آهن نرم استفاده کرد. اسفنج جدا شده از کوره "بلومری" نام دارد و با ضربات متوالی چکش، لایه های سرباره و اکسایش و کربن آن جدا می شود و آهن فشرده متراکم می شود این فرآیند باعث شکل گیری آهن نرم (آهن ساخته) می شود که حدود 3 % آن را "سرباره" و درصد کمی از آن شامل ناخالصی ها می شود.
امروزه آهن اسفنجی با کاهش سنگ معدن آهن بدون ذوب کردن آن ایجاد می شود و این موجب می شود که یک منبع انرژی کارآمد برای سازندگان فولاد مخصوص که به فلز قراضه وابسته بودند، استفاده می شود. استفاده از آهن اسفنجی در کارخانه های تولید فولاد، ابزارهای آهن و اسلحه بسیار متدوال است. زیرا با توجه به ساختار خاص این ماده به هنگام ذوب، سطح آن استحکام بالایی نشان می دهد و کاربرد آن در محصولات فولادی است و چدنی را امکان پذیر می نماید.

تاریخچه

اولین روش برای تهیه آهن در اروپا، منطقه ی خاورمیانه و مصر، تولید آهن اسفنجی بوده است. شواهد نشان می دهد که روش بلومری (تهیه فلز از آهن اسفنجی) در "چین" حدود 500 سال قبل از میلاد برای تهیه چدن به فناوری کوره های بلند دست یافته بود.
 

مزیت روش بلومری (بلومنیگ): در این روش آهن را می توان در دمای پایین تر (حدود 1100 درجه سانتی گراد) نیز بدست آورد. از معایب این روش در مقایسه با ریخته گری در کوره های بلند، این است که در مدت زمان مشابه مقادیر آهن کمی ساخته می شود.

خواص آهن اسفنجی 

-    میزان آهن بالا و درجه بالایی از فلزکاری.
-    کیفیت یکدست و سازگار.
-    میزان گوگرد و فسفر کمتر.
-    حداقل مقدار گرد و غبار از زمان حمل مواد.
-    پشتیبانی فنی برتر برای اپراتورهای کوره القائی.
-    امکان ایجاد جریان خوب در مخازن، لوله ها و نقاله ها برا شارژ بودن وقفه.

مشکلات آهن اسفنجی

آهن اسفنجی به دلیل اکسیداسیون و زنگ زدی بسیار حساس است و در صورت عدم محافظت معمولا به سرعت به فولاد تبدیل می شود. این آهن ممکن است در حالت خمیری مشتعل شود و گاها ممکن است حاوی ناخالصی هایی باشد که برای تهیه فولاد باید از آن جدا شود.

مواد خام برای تولید آهن اسفنجی:

-    ذغال سنگ (فاکتورهای تعیین کننده ی مرغوبیت ذغال سنگ).
-    خواص فیزیکی، واکنش پذیری و دمای هم جوش خاکستر.
-    خواص شیمیایی مانند کربن ثابت، محتوای خاکستر، ماده فرار و .....

امروزه با توجه به پیشرفت هایی که در صنعت آهن صورت گرفته است و همچنین افزایش روز افزون مصرف فولاد در دنیا، تولید و مصرف آهن اسفنجی بسیار مورد توجه قرار گرفته است.  و در حال حاضر، آهن اسفنجی و آهن قراضه دو ماده ی اولیه در کارخانه های آهن مورد استفاده قرار می گیرد.

مزایای آهن اسفنجی نسبت به قراضه ی آهن:

1-    استمرار و تداوم نتایج آنالیز محصول.
2-    کاهش میزان نیتروژن در آهن مذاب و در نهایت تولید محصول با کیفیت.
3-    کاهش غلظت عناصر ناخالص (گوگرد و فسفر).
4-    کاهش عناصر نامناسب و مزاحم (مس، سرب، قلع، روی و....) در چدن.
5-    مصرف کم اکسیژن و انرژی.
6-    سهولت نگهداری و انبار کردن.
7-    کاهش خطر انفجار کوره.
8-    کاهش آسیب های مربوط به کف و جداره ی کوره.
9-    مصرف کم انرژی به دلیل کم بودن کربن موجود در آهن اسفنجی.

معایب آهن قراضه نسبت به آهن اسنفجی:

1-    ورود مواد ناخالص به کوره.
2-    احتمال انفجار کوره.
3-    نیاز به مصرف انرژی بیشتر.
4-    کاهش کیفیت و مرغوبیت فولاد آلیاژی.
5-    ترکیب شیمیایی غیر یکنواخت و رسوب ذرات ناخالص.

کارخانجات ذوب آهن استاندارد دنیا، استفاده از آهن اسفنجی را به قراضه ی آهن ترجیح می دهند ولی در بسیاری از کشورهای دنیا مانند ترکیه و ایران، همچنان از کوره های ذوب قراضه ی آهن استفاده می شود. در حالیکه از نظر مصرف انرژی و بازدهی، آهن اسفنجی بر قراضه ی آهن برتری دارد.

شارژ آهن اسفنجی

انبار سازی، انتقال، عملیات تولید ذوب در صورت استفاده از آهن اسفنجی.

الف) سهولت و راحتی انبار، انتقال و شارژ آهن اسفنجی در کوره برقی و عدم نیاز به تجهیزات و ماشین آلات سنگین مانند جرثقیل و لودر برای ماتریال هندلینگ.

ب) عدم نوسان برق مصرفی در کوره های برقی.

ج) مصرف مداوم آهن اسفنجی باعث می شود تا در کوره های برقی عملیات سرباره گیری به راحتی انجام می شود.

د) ایجاد شرایط برای شارژ مستمر آهن اسفنجی گرم در کروه های برقی و به دنبال آن کاهش مصرف انرژی و زمان ذوب.شارژ مستمر آهن اسنفجی موجب می شود میزان برق مصرفی کاهش بیابد.

مصرف آهن اسفنجی باعث بهبود مصرف، زمان، میزان خطرات و آلودگی ها می شود:

الف) تامین بخشی از انرژی الکتریکی مورد نیاز در کوره های برقی به وسیله ی کربن موجود در آهن اسفنجی.کربن موجود در آهن اسنفجی باعث کاهش انرژی مصرفی می شود.

ب) مصرف کم اکسیژن. با مصرف آهن اسفنجی و ورود اکسیژن از اکسیدهای احیاء نشده آهن به کوره، میزان اکسیژن تزریقی به کوره کاهش می یابد.

ج) کاهش خطرات آلودگی های اطراف کوره های ذوب.

د) تقلیل آسیب دیدگی نسوز کف و جداره کوره و پانل های آبگرد دیواره و سقف کوره های قوس الکتریکی و القائی.

ه) کاهش میزان شکست الکترود و سایش دیواره ی آن در کوره ی قوس الکتریکی (EAF).

و) آهن قراضه دانسیته (چگالی) ظاهری کمتری نسبت به آهن اسنفجی دارد بنابراین استفاده از آهن اسفنجی سبب کاهش میزان آهن قراضه ی شارژ شده به کوره می شود.

روش های حفاظت از آهن اسفنجی:

امروزه آهن اسفنجی (DRI) یکی از منابع آهنی مهم در صنعت فولادسازی به شمار می رود و با توجه به ویژگی های این محصول از جمله تخلخل زیاد و جذب رطوبت و اکسیژن ناشی از آن، شرایط اشتعال بالا، دوام مکانیکی و مقاومت در برابر سایش کم سبب می شود که فرآیند ذخیره سازی و حمل و نقل آن با مشکلاتی همراه باشد و درنتیجه برای حفاظت از آن نیاز به تدابیر ایمنی دقیق تری هست.

فرآیند های کاهش اکسایش آهن اسفنجی:

-    حفاظت در سیلو به وسیله ی گاز خنثی.
-    حفاظت به وسیله ی سیلیکات سدیم.
-    حفاظت طبیعی در انبار سر پوشیده.
-    حفاظت با ایجاد لایه ی پوششی با آهک و بریکت سازی.

پروسه ی حفاظت از آهن اسفنجی در سیلو، پسیو کردن آن است.

پسیو کردن: لایه اکسیدی در سطح آهن اسنفجی ایجاد می شود که از اکسیداسیون کامل آن جلوگیری می کند. این شرایط در صورتی به خوبی جواب می دهد که جا بجایی صورت نگیرد. زیرا جابجایی و ایجاد سایش باعث جدا شدن لایه ی اکسیدی، افزایش نرمه تولیدی و کاهش درجه ی فلزی DRI میشود.

در روش های حفاظت با سیلیکات سدیم و پوشش دهی با آهک نیز یک لایه ی محافظتی بر روی آهن اسفنجی ایجاد می شود که منجر به کاهش فعل و انفعالات شیمیایی آن می شود. قابل ذکر است که در این روش ها نیز در صورتی جا به جایی آهن اسنفجی، امکان جدا شدن لایه محافظ از سطح DRI و تماس با هوا و وقوع اکسیداسیون وجود دارد.
نکته قابل توجه ایکه استفاده از سیلیکات سدیم و آهک باعث افزایش هزینه های اقتصادی می شود.

بریکت چیست؟

بریکت همان آهن اسنفجی (DRI) است و تنها تفاوت آن این است که در زمان تولید به صورت فشرده شکل می گیرد.
انواع بریکت براساس نوع و دمای فرآیند تولید:

1-    بریکت گرم آهن اسنفجی.
2-    بریکت نرمه آهن اسفنجی.
3-    بریکت سرد آهن اسنفجی.

بزرگترین تولید کنندگان آهن اسفنجی در جهان ایران و هند است.شرکت فولاد مبارکه اصفهان، بزرگترین تولید کننده جهان است.
بریکت سازی موثرترین روش کاهش اکسیداسیون آهن اسنفجی در زمان انبار و حمل و نقل است. مهمترن علت گسترش صنعت بریکت سازی آهن اسفنجی، تولید محصولی با کیفیت مطلوب و قابلیت ذخیره سازی و حمل و نقل آسان است. بریکت سازی باعث کاهش تخلخل (جداسازی) و سطح و افزایش دانسیته و مقاوم شدن در برابر سایش آهن اسنفجی می شود.
 

بریکت گرم آهن اسنفجی (HBI) در صنایع فولاد سازی دنیا مورد استفاده قرار گرفت (از دهه ی 70 میلادی)
بریکت سرد آهن و کربن (CBIC) در سال های اخیر به وسیله ی متخصصان ایرانی ایجاد شد.

مجهز شدن واحد احیای مستقیم با محصول آَهن اسنفجی سرد به سیستم بریکت زنی گرم با مشکلاتی همرا بود. در این زمان اهمیت پیدایش تکنولوژی بریکت سازی سرد آهن اسفنجی نمایان شد زیرا نسبت به بریکت گرم آهن اسنفجی امتیازات بیشتری دارد، درصد کربن آن بیشتر و هزینه های تولیدش کمتر است.
بنابراین با استفاده از این تکنولوژی، پروسه ی انبار سازی و حمل و نقل آهن اسفنجی به واحدهای فولادسازی به شکل بهتری صورت گرفت و صادرات آهن اسفنجی کشور رشد قابل توجهی یافت.