آهن اسفنجی یا آهن احیای مستقیم (DRI)، از احیای مستقیم سنگ آهن گندله شده (Direct Reduced Iron) بدست می آید. در این روش  بدون ذوب کردن و با عملیات اکسایش-کاهش، گاز اکسیژن از سنگ آهن خارج شده، محصولی با قطعات کروی شکل به دست می آید که در سطح خود دارای سوراخهای ریز متعددی مانند اسفنج است و همین ویژگی سبب نام گذاری آن شده است. به این محصول گندله متخلخل نیز می گویند.

یکی از ویژگی‌های مهم آهن اسفنجی میزان عیار آهن ۸۴ تا ۹۵ درصدی بالای آن است که این محصول را به ماده اولیه ارزشمندی برای تولید فولاد و جایگزین مناسبی برای آهن قراضه تبدیل نموده است.

در سال 1389، یکی از کارخانه‌های القایی یزد برای اولین بار از آهن اسفنجی استفاده کرد اما به دلیل عدم آشنایی با روش شارژ و عدم توجه به وجود فسفر،گوگرد و کربن بالا در آنالیز این محصول تجربه خوبی به دست نیامد و استفاده از آن متوقف شد.

پس از پیشرفت روشهای افزایش راندمان کوره ها در سالهای اخیر تولید کنندگان به استفاده مجدد از این ماده ارزشمند روی آوردند و امروزه با توجه به میزان بالای آلایندگی هوا، مشکلات زیست محیطی موجود در سایر روش‌های تولید آهن و قیمت مناسب آهن اسفنجی پیش بینی می شود که در سالهای آینده میزان استفاده از این محصول افزایش قابل توجهی داشته باشد . در بورس کالا نیز آهن اسفنجی برای خرید  و فروش عرضه شده و رتبه خوبی در بین محصولات پتروشیمی و مشتقات نفتی دارد.

بزرگترین تولید کننده DRI در جهان ابتدا کشور هند و بعد ار آن کشور ما ایران است.

تولید آهن اسفنجی sponge iron

برای احیای گندله و تبدیل آن به آهن اسفنجی از دو نوع احیا کننده گاز طبیعی و ذغال سنگ استفاده می شود. در روش گازی سه فن آوری  میدرکس، HYL  و Purofer ابداع شده است که به دلیل وجود ذخایر بسیار بالای گازی در کشور، در ایران روش غالب  فن آوری میدرکس است که از گاز طبیعی به عنوان ماده احیاکننده استفاده می کند.

روش میدرکس :

در این روش که کم مصرف‌ترین و پرکاربردرترین روش تولید در ایران و جهان است؛ ابتدا گاز طبیعی وارد واحد شکست گاز می‌شود، سپس بر اثر حرارت وارد شده و کاتالیزور مخصوص به هیدروژن و کربن تبدیل می‌شود. سپس این هیدروژن و کربن، در کوره‌ای به نام کوره احیا با اکسیژن گندله سنگ آهن ترکیب شده، باعث احیای سنگ آهن می‌شود.

کاربردها و مزایای آهن اسفنجی

• آهن اسفنجی بهترین جایگزین برای آهن قراضه است.
• در صنعت فولاد، کوره‌های القایی و احیای مستقیم از کوره‌های بلند مقرون به صرفه ترند.
• عیار بالای آهن ۸۴ تا ۹۵ درصدی آهن اسفنجی از محصولات دیگر یک مزیت مهم است.
• هزینه حمل و نقل آن به شکل آهن گرم کلوخه‌شده (HBI) آسانتر از محصولات دیگر بوده و قیمت مناسبی دارد.
• برای تولید آن در روش احیای مستقیم میتوان بدون جداسازی ناخالصی ها از سوخت گاز طبیعی استفاد کرد که در کشور ما بهینه ترین سوخت است.
• تقریبا در همه روش‌های تولید فولاد می توان از آهن اسفنجی استفاده کرد. در صورت داشتن دانش فنی و تجربه کافی، استفاده از این محصول در کوره های القائی تا 50 درصد نیاز به آهن قراضه را کاهش می دهد.
• برای تولید شمش، بیلت، بلوم و اسلب در صنعت ریخته گری استفاده از آهن اسفنجی بسیار کاربردی و مناسب است.

معایب آهن اسفنجی

قابلیت اکسیداسیون و زنگ‌زدگی که می تواند بازدهی فرایند تولید فولاد را کاهش داده و هزینه حفاظت و تسریع در فاصله بین انبارش تا تولید فولاد را افزایش دهد.

امکان اشتعال در حالت خمیری به دلیل تخلخل بالا که در نتیجه خطرات حمل و نقل و نگهداری افزایش می یابد.

کم بودن وزن در واحد حجم به دلیل تخلخل آهن اسفنجی که در نتیجه هزینه حمل و نقل آن افزایش می یابد.

پایین بودن استحکام مکانیکی آهن اسفنجی احتمال خرد شدن و تبدیل آن به ذرات ریز در زمان حمل و نقل و افزودن به کوره را بالا می برد. این ذرات به صورت گرد و غبار از کوره خارج می شوند و بازدهی تولید فولاد را کاهش می دهند.  همچنین این ذرات خرد شده به سایر تجهیزات آسیب می زنند.

تفاوت بریکت آهن با آهن اسفنجی چیست؟

یکی از بهترین راه های کاهش معایب آهن اسفنجی فشرده کردن آن است. محصولی که در اثر فشرده سازی به دست می آید بریکت نام دارد.

بریکت ها سه دسته اند: بریکت گرم، بریکت سرد و بریکت نرمه

بریکت آهن گرم (HBI)

به آهن‌اسفنجی که در دمای بالاتر از 650 درجه سانتیگراد فشرده شده باشد، بریکت آهن گرم گفته می شود که چگالی آن از 5 هزار کیلوگرم در هر متر مکعب بیشتر است. فرایند ساخت بریکت گرم، ادامه فرایند تولید آهن اسفنجی است و برای ساخت آن، از کوره‌های احیای مستقیم استفاده می‌کنند.

بریکت گرم مستطیل شکل بوده، فشرده ترین و ایمن ترین نوع بریکت است.

بریکت گرم مشکلات حمل و نقل آهن اسفنجی را ندارد و به دلیل تخلخل کمتری که دارد امکان خود اشتعالی و اکسیداسیون پایینتریدارد.

بازار اصلی بریکت گرم، کوره های قوس الکتریکی ساخت فولاد است اما از آن در کوره های اکسیژن قلیایی وکوره بلند نیز استفاده می شود.

بریکت آهن سرد (CBI)

اگر مواد اولیه در دمای محیط وارد ماشین بریکت زنی شوند، به محصول نهایی، بریکت سرد می‌گویند. همچنین بریکت سرد با استفاده از کوره تونلی ساخته می‌شود و در فرایند تولید آن از زغال‌سنگ استفاده می‌کنند. زغال‌سنگ نقش گاز احیاکننده مونواکسید کربن را بازی می‌کند و آهن اسفنجی پس از احیا توسط این گاز، با آب و چسب مخلوط شده و در دستگاه بریکت زنی تحت‌فشار بالا قرار می‌گیرد تا تبدیل به بریکت شود.

بریکت سرد کروی شکل و تو پر است.

 بریکت نرمه

گفتیم که بخشی از آهن اسفنجی هنگام استفاده در کوره احیای مستقیم خرد می شود. به ذرات کمتر از 6 میلیمتر این محصول غبار یا نرمه گفته می شود. نرمه جمع‌آوری‌شده با روشی شبیه روش تولید بریکت سرد، به بریکت نرمه تبدیل می‌شود.

بریکت نرمه به دلیل وجود ناخالصی زیاد و ترکیب شیمیایی متفاوت، کیفیت کمتری نسبت به دو نوع دیگر بریکت دارد اما در عین حال به دلیل کمبود مواد اولیه تولید فولاد در بسیاری از کارخانه‌های فولادسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تولیدکنندگان آهن اسفنجی در ایران

ازجمله تولیدکنندگان معروف این محصول در ایران می‌توان به کارخانه‌های زیر اشاره نمود:

• مجتمع فولاد مبارکه اصفهان
• مجتمع فولاد خوزستان
• مجتمع فولاد اردکان
• شرکت آهن و فولاد ارفع
• شرکت فولاد آذربایجان میانه
• شرکت توسعه آهن و فولاد گل گهر
• شرکت فولاد سیرجان ایرانیان
• شرکت فولاد غدیر نی ریز
• شرکت مجتمع جهان فولاد سیرجان
• شرکت صنعت فولاد شادگان
• شرکت کاوه جنوب کیش

برای دریافت مشاوره و خرید با ما تماس بگیرید.