آهن اسفنجی (Sponge Iron)

شکل ظاهری آهن اسفنجی بصورت قطعات کروی متخلخل که دارای ظاهری اسفنجی می باشد که به همین دلیل به آن آهن اسفنجی می گویند. آهن اسفنجی دارای عیار بالای آهن بوده که امروزه با توجه به کمبود ضایعات آهن و افزایش قیمت آن و همچنین مشکلات زیست محیطی رواج بیشتری دارد.

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 عیار ۶۷% دارد احیا شده و اهن اسفنجی (گندله متخلخل) با متالیزاسیون Fe (نزدیک ۹۲ درجه) تولید می گردد. محصولی که در واحد احیاء تولید می شود قسمت خنک کاری در کوره را طی نمی کند و با دمای در نزدیک به ۶۰۰ درجه سانتی گراد به وسیله سیستم انتقال مواد ویژه به قسمت فولادسازی برای شارژ مستقیم کوره منتقل می شود.

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 (Direct Reduced Iron) تولید می‌شود و این روند رو به افزایش است.

آهن اسفنجی، از احیای مستقیم سنگ آهن (گندله) بدست می آید و اصطلاحا به آن DRI نیز گفته میشود.

کاربرد آهن اسفنجی

کاربرد آهن اسفنجی در کوره های القائی بعنوان یکی از مهم ترین کاربردهای آن می باشد. می توان 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 می کنند. 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 می گیرد. همانطور که می دانید، 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 می کند.

روش‌های تولید آهن اسفنجی

۱ . تولید آهن اسفنجی با استفاده از گاز طبیعی :

فرآیند تولید آهن اسفنجی با استفاده از گاز طبیعی عبارتند از:

روش H.Y.L

روش پروفر purofer

روش میدرکس  Midrex

۲ . تولید آهن با استفاده از زغال حرارتی :

فناوری‌های تولید آهن اسفنجی 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.

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 می شود، 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 می شود و با اکسیژن گندله سنگ آهن ترکیب می شود 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.

ترکیب شیمیایی ( فرمول شیمیایی) آهن اسفنجی

درصد تولید	جزء
85/9 – 86%	Fe  (مجموع)
90% حداقل	Fe (متالیزاسیون)
78.5-82%	Fe (فلز)
1.3-2%	C
Max 0.01%	S
Max 0.1 %	P
Max 5.5%	SiO2
Max 1%	Al2O3
Max 1.1%	CaO
Max 2.5%	MgO
1.6-1.9 tons/m3	Bulk Density