به گزارش اخبار فلزات، ایران بزرگ‌ترین تولیدکننده آهن اسفنجی جهان محسوب می‌شود؛ به‌طوری که در سال گذشته حدود ۲۵ درصد آهن اسفنجی جهان در ایران تولید شد. از این رو آهن اسفنجی، مهم‌ترین خوراک فولادسازی‌های ایران است؛ به‌نحوی که در سال ۲۰۱۶، بیش از ۸۹ درصد آهن خام تولید شده در ایران از ذوبِ آهن اسفنجی در کوره‌های قوس الکتریکی تهیه شد. در نمودار ۱، حجم تولید آهن اسفنجی در ایران، آورده شده است.

                                               

همان‌طور که در نمودار مشاهده می‌شود، روند تولید آهن اسفنجی در ایران از سال ۲۰۰۷، صعودی بوده است؛ به‌طوری که طی ۱۰ سال اخیر، تولید آهن اسفنجی ایران، در مجموع ۱۱۴ درصد رشد داشته است. با توجه به اهمیت این ماده در ایران، تاریخچه و تکنولوژی تولید آن مورد بررسی قرار گرفته است.

آهن اسفنجی، حاصل احیای مستقیم و بدون ذوب گندله در کوره‌های احیای مستقیم است که به‌دلیل شکل متخلل آن به آهن اسفنجی معروف شده است. در روش احیای مستقیم، آهن جامد، به‌طور مستقیم و بدون نیاز به ذوب، از اکسید آهن تولید می‌شود. اغلب فرآیندهای احیای مستقیم، بر پایه گاز یا زغال‌سنگ بنا نهاده شده‌اند. خوراک کوره‌های احیای مستقیم، سنگ آهن ۱۰ تا ۳۰ میلی‌متر یا گندله سنگ آهن است. تولید آهن اسفنجی، در واقع جایگزینی برای تولید فولاد به روش کوره‌بلند است. این محصول که حاوی بیش از ۹۴ درصد آهن است، در کوره قوس الکتریکی، ذوب و تصفیه می‌شود. از آنجایی که این روش، در ظرفیت تولیدهای پایین‌تری از تولید فولاد قابل استفاده است، یک راه مناسب برای تولید فولاد در حجم‌های به مراتب پایین‌تر از کوره بلند محسوب می‌شود. 

نخستین پتنت تولید آهن اسفنجی، در سال ۱۷۹۲ در کشور انگلستان ثبت شده است. در این روش، از کوره دوار استفاده شده است. این روش در قرن ۱۹ میلادی توسعه یافت؛ به‌طوری که از سال ۱۹۲۰ بیش از ۱۰۰ طرح مختلف برای تولید آهن اسفنجی اختراع و اجرایی شد که اغلب آن‌ها ناموفق بودند. دوره مدرن تولید آهن اسفنجی، از تاریخ ۵ دسامبر ۱۹۵۷ آغاز شد. در این روز، فولادسازی بزرگ هایسلا (Hylsa) برای نخستین بار از فرآیند هایل (HYL) برای احیای مستقیم گندله استفاده کرد. در این فرآیند، از گاز طبیعی به‌عنوان احیاکننده استفاده می‌شود. در تاریخ ۱۷ مِی ۱۹۶۹ کارخانه فولادسازی اورگن (Oregon Steel)، برای نخستین بار از کوره میدرکس برای تولید آهن اسفنجی استفاده کرد.

• پایه زغال‌سنگ

در روش‌هایی که برای احیای مستقیم از زغال‌سنگ استفاده می‌کنند، از کوره افقی دوار استفاده می‌شود. در این کوره، زغال‌سنگ و خوراک سنگ آهن، هر ۲ از یک دریچه وارد محوطه احیا می‌شوند. این کوره، زاویه کمی با افق دارد و مدام در حال چرخش به دور محور خود است. در حین اختلاط، به دلیل دمای بالا (۸۰۰ تا ۱۰۵۰ درجه سانتی‌گراد) کربن موجود در زغال‌سنگ اکسید شده و اکسید آهن را به آهن احیا می‌کند.

• پایه گاز

این روش، مشابه پخت گندله، از کوره استوانه‌ای عمودی استفاده می‌کند. با سرازیر شدن خوراک از بالا به پایین، گاز احیاکننده از پایین به بالای کوره دمیده می‌شود و فرآیند احیا انجام می‌شود. فشار گاز در کوره هایل، حدود ۵ تا ۶ اتمسفر و دما بین ۸۰۰ تا ۸۵۰ درجه سانتی‌گراد است در حالی که در فرآیند میدرکس، فشار گاز، به ۱ تا ۱٫۵ اتمسفر کاهش یافته است. در کوره میدرکس، پیش از کوره، بر سر راه گاز احیاکننده بازگردانده شده (Circulated)، یک بخش ریفورمر (Reformer) قرار داده شده است. در این بخش، محصولات جانبی احیای مستقیم آهن، یعنی بخار آب و گاز دی‌اکسید کربن، به همراه گازهای هیدروژن و مونواکسید کربن واکنش نداده، دوباره بازیافت می‌شوند تا مصرف انرژی کاهش یابد. در ریفورمر، گاز طبیعی وارد شده و علاوه بر گرم شدن، به همراه دی‌اکسید کربن و بخار آب حاصل از فرآیند احیا، به صورت کاتالیزوری به گاز احیاکننده تبدیل می‌شود. این گاز احیاکننده وارد کوره عمودی شده و آهن اسفنجی تولید می‌کند.

منبع: اخبار فلزات