شکل ظاهری آهن اسفنجی بصورت قطعات کروی ( گندله ) متخلخل که دارای ظاهری اسفنجی است و به همین دلیل به آن آهن اسفنجی گویند. آهن اسفنجی دارای عیار بالای آهن بوده که امروزه با توجه به کمبود ضایعات آهن، افزایش قیمت و همچنین مشکلات زیست محیطی رواج بیشتری دارد. خلوص بالا، کم بودن ناخالصی و نیز مصرف کمتر انرژی از جمله مهمترین مزایای آهن اسفنجی است که همین موضوع موجب تاثیر بر قیمت آهن آلات در بازار می شود. از آنجایی که تولید آهن اسفنجی باکاهش مصرف سوخت و نیز انتشار آلاینده ها، به عنوان روشی موثر در تولید فولاد سبز و محصولات سازگاربا محیط زیست به شمار می رود.
عیار آهن اسفنجی
عیار و میزان آهن موجود در sponge iron، بین ۸۴ الی ۹۵ درصد می‌باشد. عیار بالای آهن اسـفنجی موجب گردیده منبع مناسبی برای تولید آهن و فولاد باشد. همان طور که اشاره شد آهن اسفنجی از بازیافت کانی آهن طبیعی یا فرآوری شده که به دمای ذوب نرسیده است، حاصل می شود. احیا سنگ آهن در ایران اغلب با استفاده از فن آوری میدرکس انجام می‌گردد.
ویژگی‌های فیزیکی
چگالی ظاهری آهن اسفنجی کمتر از فولاد جامد است، چون ساختار متخلخل دارد. به همین دلیل سطح تماس آن با هوا و رطوبت زیاد است. استحکام مکانیکی هم اهمیت دارد، چون محصول ضعیف هنگام حمل و انبار خرد می‌شود و نرمه تولید می‌کند. نرمه عیار کمتر و رطوبت‌پذیری بیشتری دارد و بهتر است سهم آن کم باشد (در منابع فنی معمولاً زیر ۵ درصد مطلوب دانسته می‌شود).
تفاوت آهن اسفنجی با بریکت (HBI)، چدن و قراضه
|
معیار |
آهن اسفنجی (DRI) |
بریکت داغ (HBI) |
چدن خام |
قراضه |
|
روش تولید |
احیای مستقیم، جامد |
DRI داغ که فشرده می‌شود |
کوره بلند، مذاب |
بازیافت فلز |
|
ساختار |
متخلخل |
چگال و فشرده |
چگال |
متغیر |
|
کربن |
حدود ۰٫۵ تا ۴ درصد |
معمولاً مشابه DRI گازی |
حدود ۴ درصد |
متغیر |
|
حساسیت به اکسیداسیون |
زیاد |
بسیار کمتر |
کم |
وابسته به نوع |
|
حمل دوربرد |
نیاز به دقت زیاد |
ساده‌تر |
ساده |
ساده |
|
ترکیب |
نسبتاً یکنواخت |
یکنواخت |
یکنواخت |
متغیر |
مراحل تولید در یک نگاه
- گندله یا کلوخه سنگ آهن با عیار مناسب آماده و از بالا وارد راکتور می‌شود
- گاز احیاکننده (یا زغال‌سنگ) در دمایی حدود ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد، پایین‌تر از نقطه ذوب آهن، با گندله تماس پیدا می‌کند
- اکسیژن اکسید آهن جدا می‌شود و آهن فلزی باقی می‌ماند
- محصول سرد می‌شود (CDRI)، داغ به کوره مجاور فرستاده می‌شود (HDRI) یا برای حمل راحت‌تر به بریکت داغ تبدیل می‌شود (HBI)
- محصول غربال می‌شود تا نرمه (ذرات ریز) جدا شود و آهن اسفنجی استاندارد بسته‌بندی یا حمل شو.
کاربرد آهن اسفنجی
اصلی ترین کاربرد آهن اسـفنجی می‌توان به جایگزینی آن بجای ضایعات آهن اشاره نمود که به غیر از اینکه کمبود ضایعات آهن را جبران می‌کند، مزیت‌های فراوانی نسبت به ضایعات آهن دارد. در ذیل به توضیحات بیشتری در این خصوص خواهیم پرداخت.
کاربرد آهن اسفنجی در کوره‌های القائی یکی از مهم ترین کاربردهای آن می‌باشد. می‌توان گفت که استفاده از آهن اسفنجی، در کوره‌های القائی قادر است که نزدیک به ۵۰ درصد، جایگزین قراضه شود. ولی کاربرد آن در کوره القایی، نیازمند دانش فنی و تجربه می‌باشد. همچنین استفاده از آهن اسفنجی تحولی بزرگ در ریخته گری مداوم صنعت فولاد می‌باشد.
تقریباً در همه روش‌های تولید فولاد، استفاده از این روش مقدور می‌باشد. بسیاری از واحدهای کوچک و بزرگ تولید فولاد در کشور از این روش برای تولید محصولات فولادی خود استفاده می‌کنند. ایران منابع طبیعی در دسترسی 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 اسـفنجی تامین کنیم.
روش‌های تولید آهن اسفنجی
۱ . تولید آهن اسفنجی با استفاده از گاز طبیعی
فرآیند تولید آهن اسفـنجی با استفاده از گاز طبیعی عبارتند از:
- روش H.Y.L اچ-وال-ال
- روشpurofer پروفر
- روش Midrex میدرکس
۲ . تولید آهن با استفاده از زغال حرارتی
- فناوری‌های تولید آهن اسفـنجی مبتنی بر روش (RHF) Rotary Heart Furnace
- تولید آهن به روش ITmK3
- فن‌آوری تولید آهن اسفنجی در کوره دوار به روش SL/RN
- فرآیند Corex.
جهت مشاهده قیمت آهن اسفنجی کلیک کنید.
تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس
پرکاربردترین و پربازدیدترین فرآیند حال حاضر احیای سنگ آهن (گندله) و تولید آهن اسنفجی به روش گازی است. در این فن آوری بصورت بی واسطه گندله سنگ آهن را با گازهای شکسته شده احیا می‌کنند. به این صورت که:
دراین روش احیا کننده گاز طبیعی است که به طور میانگین متان (CH4) در نظر گرفته می‌شود.( تقریبا 85 درصد گاز طبیعی را تشکیل می‌دهد ، از این رو گاز طبیعی به تقریب، متان فرض می‌شود). در این فرایند گاز احیا کننده درون کوره‌ی استوانه‌ای دمیده می‌شود. گندله‌ها از قسمت بالایی کوره به سمت پایین سقوط می‌کنند و در این بازه زمانی گاز احیا کننده درون کوره دمیده خواهد شد.
همانطور که گفته شد گاز مورد استفاده در فرآیند میدرکس همان گاز طبیعی با ترکیب متان می‌باشد که قبل از احیا برای آماده سازی روانه واحد شکست خواهد شد. به این صورت که ابتدا گاز طبیعی وارد واحد شکست گاز (ریفرمر) می‌شود و بخاطر اثر حرارت وارد شده و وجود کاتالیزورهای مخصوص شکسته می‌شود و به H2 و CO تفکیک می‌گردد. هیدروژن و مونوکسیدکربن آزاد شده وارد کوره احیاء که گندله سنگ آهن را در آن گداخته کردیم می‌شود و با اکسیژن موجود در گندله مذاب ترکیب و به این ترتیب سنگ آهن احیا می‌شود.
به عبارتی دیگر، گاز احیا کننده به دلیل جریان طبیعی سیال داغ، به سمت بالا حرکت کرده و در این حین ترکیب درصد اکسیژن گندله‌های در حال سقوط کاهش یافته و محصول نهایی آهن اسفنجی است که به سه شکل DRI سرد یا گرم یا HBI قابل دسترسی خواهد بود.
این روش به عنوان کم مصرف ترین روش و پر بازده‌ترین روش‌ها در ایران و جهان می‌باشد. حدود ۸۰ درصد آهن اسفنجی ایران، به این روش تولید می‌گردد. بعد از آن روش HYL می‌باشد ولی مشکل، مصرف بالای برق آن و مشکلات ظرفیتی آن است. بنابراین روش HYL و روش‌هایی که بر مبنای زغال سنگ هستند، در ایران استفاده نمی‌شود.
چه عواملی روی قیمت آهن اسفنجی اثر می‌گذارند؟
قیمت سنگ آهن و گندله
هزینه گاز طبیعی یا زغال‌سنگ (که سهم بزرگی از هزینه تولید است)
عیار و متالیزاسیون محصول
وضعیت بازار شمش و میلگرد
نرخ ارز و شرایط صادرات
هزینه حمل و فاصله تا مقصد
شرایط پرداخت و حجم سفارش
روند آینده و DRI سبز
صنعت فولاد سهم قابل‌توجهی از انتشار CO₂ جهان دارد و مسیر احیای مستقیم یکی از راه‌های اصلی کاهش آن در مرحله آهن‌سازی است. در این مسیر، هیدروژن می‌تواند جای بخشی از گاز طبیعی را بگیرد. نمونه‌هایی هم دیده می‌شود، مثل واحدی در الجزایر که برای کار با گاز طبیعی طراحی شده و با اصلاحی جزئی امکان کار با هیدروژن ۱۰۰ درصد را دارد.
پیش‌بینی Midrex (که خودش تأمین‌کننده فناوری DRI است و باید با این نگاه خوانده شود) این است که تقاضای جهانی DRI تا سال ۲۰۳۵ به حدود ۲۶۰ میلیون تن برسد. این رقم پیش‌بینی است، نه واقعیت قطعی، و به سیاست‌های انرژی، قیمت گاز و توسعه کوره‌های قوس الکتریکی بستگی دارد.
بزرگترین تولیدکنندگان آهن اسفنجی در جهان:
هند و ایران بزرگترین تولیدکنندگان‌اند. در ۲۰۲۴ هند حدود ۵۴٫۷ میلیون تن و ایران بیش از ۳۴ میلیون تن تولید کرد (آمار Midrex و worldsteel؛ ارقام دو منبع اندکی تفاوت دارند). این دو کشور با هم حدود ۶۳ درصد تولید جهانی را در اختیار داشتند. تفاوت مهم: تولید هند عمدتاً زغال‌محور (کوره دوار) است، در حالی که ایران عمدتاً گازمحور است. بخش بزرگ DRI در همان نزدیکی تولید مصرف می‌شود. حجم تجارت جهانی DRI در ۲۰۲۵ حدود ۱۳٫۲ میلیون تن برآورد شده است که سهم کوچکی از تولید کل است.
تولید جهانی DRI در دهه گذشته رشد پیوسته داشته است. بر اساس آمار Midrex، تولید جهانی در ۲۰۲۴ حدود ۱۴۰٫۸ میلیون تن بود و برآورد همین شرکت برای ۲۰۲۵ حدود ۱۵۱ میلیون تن و رکوردی تازه است.
بریکت چیست؟
بریکت همان آهن اسفنـجی یا DRI می‌باشد، با این تفاوت که در زمان تولید، بصورت فشرده شکل گرفته و از نظر نوع و دمای فرآیند تولید به ۳ نوع ذیل تولید می‌شود:
انواع بریکت
- بریکت گرم آهن اسفنجی
- بریکت نرمه آهن اسفنجی
- بریکت سرد آهن اسفنجی
بیشتر بخوانیم: تفاوت گندله و آهن اسفنجی
سوالات متداول
آهن اسفنجی دقیقاً چیست و با آهن خام چه فرقی دارد؟
آهن اسفنجی از احیای جامد سنگ آهن بدون ذوب به‌دست می‌آید و متخلخل است. آهن خام (چدن) در کوره بلند و به‌صورت مذاب تولید می‌شود، کربن بالاتری دارد و ساختار چگال‌تری دارد.
چرا به آن DRI می‌گویند؟
DRI مخفف Direct Reduced Iron یعنی «آهن احیا‌شده مستقیم». نام فارسی آن «آهن احیای مستقیم» است و با «آهن اسفنجی» یک محصول را توصیف می‌کنند.
آهن اسفنجی چگونه ساخته می‌شود؟
گندله یا کلوخه سنگ آهن وارد راکتور می‌شود و در دمای کمتر از نقطه ذوب با گاز طبیعی یا زغال‌سنگ واکنش می‌دهد. اکسیژن جدا می‌شود و محصول جامد و متخلخل باقی می‌ماند.
درصد متالیزاسیون مناسب آهن اسفنجی چقدر است؟
در منابع فنی برای DRI با کیفیت استاندارد، متالیزاسیون حدود ۹۲ تا ۹۶ درصد گزارش می‌شود. مقدار مناسب برای شما به نوع کوره و گرید فولاد بستگی دارد و بهتر است با مهندس متالورژی هماهنگ شود.
آیا آهن اسفنجی می‌تواند جایگزین کامل قراضه شود؟
معمولاً نه. اغلب واحدها ترکیبی از آهن اسفنجی و قراضه را شارژ می‌کنند. نسبت مناسب به نوع کوره، کیفیت DRI و قراضه، گرید فولاد و هزینه روز بستگی دارد.
تفاوت آهن اسفنجی و بریکت (HBI) چیست؟
HBI از فشرده‌سازی داغ آهن اسفنجی ساخته می‌شود و چگال‌تر است. به همین دلیل مقاومت بیشتری در برابر اکسیداسیون دارد و حمل و انبار آن راحت‌تر است.
چرا آهن اسفنجی در انبار اکسید می‌شود و چگونه باید نگهداری شود؟
ساختار متخلخل آن سطح تماس زیادی با هوا و رطوبت ایجاد می‌کند. باید در محل خشک، دارای زهکشی و دور از آب باران یا آب دریا نگهداری شود و از قرار دادن آن در تماس با ماده خیس پرهیز شود.
آیا آهن اسفنجی خطرناک است؟
اگر خشک نگه داشته شود و اصول ایمنی رعایت شود، قابل مدیریت است. در تماس با آب می‌تواند هیدروژن (قابل انفجار) تولید کند و در اثر اکسید شدن گرم شود. ایمنی حمل و انبار باید توسط متخصص ارزیابی شود.
قیمت آهن اسفنجی به چه عواملی بستگی دارد؟
عیار و متالیزاسیون، قیمت سنگ آهن و گاز، بازار فولاد، نرخ ارز، حمل و شرایط معامله مهمترین عوامل‌اند. برای نرخ روز باید با تأمین‌کننده استعلام گرفت.
برای خرید آهن اسفنجی به چه مدارکی نیاز است؟
معمولاً برگه آنالیز، مشخصات تولیدکننده، شرایط وزن‌کشی و تحویل و در معاملات بزرگ گزارش بازرسی مستقل لازم است. الزامات دقیق را باید با فروشنده و در قرارداد روشن کرد.
جمع‌بندی
آهن اسفنجی (DRI) ماده‌ای است که بدون ذوب سنگ آهن ساخته می‌شود و در فولادسازی جایگاه مهمی دارد. مزیت اصلی آن ترکیب پایدار و ناخالصی کمتر نسبت به قراضه است؛ محدودیت اصلی‌اش حساسیت به رطوبت و اثر گانگ بر هزینه ذوب.
هنگام خرید، آنالیز (متالیزاسیون، آهن کل، کربن و گانگ)، سهم نرمه و شرایط نگهداری و حمل را بررسی کنید و برای محموله‌های بزرگ از برگه آنالیز و بازرسی مستقل استفاده کنید. قیمت این محصول مرتب تغییر می‌کند، بنابراین با مقایسه تأمین‌کنندگان و استعلام روز تصمیم بگیرید. برای شروع، از صفحه تأمین‌کنندگان و قیمت‌ها در فولاد۲۴ استفاده کنید.
