مقدمه

فولاد خام با دو روش کلی یعنی تهیه آهن خام (یا چدن مذاب) در کوره بلند یا احیای مستقیم سنگ آهن، ذوب آهن اسفنجی و قراضه در کوره های الکتریکی از فایل قوسی الکتریکی انجام می شود. گفتنی است که بیش از ۷۰ درصد فولاد دنیا به روش کوره بلند تولید می شود در حالی که صنعت فولاد ایران، مسیر کاملاً متفاوتی را طی می کند و سهم کوره های قوس الکتریکی بیشتر است.

انتخاب هرکدام از روش های تولید فوق به پارامترهای مختلفی بستگی دارد. مواد اولیه و قیمت انرژی را می توان جزو اثرگذارترین پارامترهای اثرگذار در این حوزه ذکر کرد. زغالسنگ و کک را می توان از مواد اولیه اصلی مورد استفاده در تولید فولاد به روش کوره بلند نام برد. بنابراین وجود منابع گاز طبیعی فراوان و به نسبت ارزان و همچنین ذخایر عظیم سنگ آهن مرغوب، از مهمترین دلایل توسعه روش کوره های قوس الکتریکی در ایران به شمار می رود.

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

ایران، بزرگترین تولیدکننده آهن اسفنجی

آهن اسفنجی یکی از مواد اولیه ای محسوب می شود که از آن برای تولید فولاد خام توسط کوره های قوس الکتریکی استفاده می شود. آهن اسفنجی محصول احیای مستقیم گندله سنگ آهن است. این محصول، عیار بالایی دارد و با توجه به کمبود ضایعات آهن، افزایش قیمت و مشکلات محیط زیستی ناشی از استفاده آن، مورد توجه قرار گرفته است.

ایران بزرگترین تولیدکننده آهن اسفنجی به شمار می رود و از روش های گوناگونی برای تولید این محصول در کشور استفاده می شود که منشا خارجی داشته و همواره با محدودیت هایی مواجه هستند؛ بنابراین واحدهای صنعتی در طول سالیان مختلف تلاش کرده اند تا این موانع را به حداقل برسانند. برای نمونه با ایجاد شرایط مختلف جهت بهبود ورودی گندله، کسب متالیزاسیون بالاتر یا نرخ بهره وری بیشتر، اقدامات متعددی را انجام داده و طرح هایی را با هدف بهبود شرایط تولید ارائه کرده اند. بنابراین این تکنولوژی ها در مسیر خود، با پیشرفت و بهبودهایی مواجه شده است. در همین راستا متخصصان کشور که با تکنولوژی های احیایی آشنایی کامل داشتند، تغییرات و اصلاحات متعددی را انجام داده و روشی را ابداع کردند که مزیت های روش های قبلی را دارا باشد و نقاط ضعف آنها را برطرف نموده و گاهی رو به جلو در کمیت و کیفیت و مصارف انرژی و راندمان باشد.

متخصصان ایرانی براساس اصول علمی و تجربیات خود، از یک ایده روش احیای جدیدی را تحت عنوان PERED ابداع کردند که در آن امکان تولید محصولات متنوعی همچون احیای مستقیم سنگ آهن (DRI)، بریکت گرم آهن اسفنجی (HBI) و HDRI مطابق با نیاز مشتری وجود دارد. برای تولید محصولات در تکنولوژی یاد شده می توان از گاز طبیعی یا گاز سنتز استفاده کرد. واحدهای احداث شده با این تکنولوژی می توانند هر ساله با ظرفیت حدودی ۴۰۰ هزار تن تا یک میلیون و ۸۰۰ هزار تن آهن اسفنجی تولید نمایند.

روش جدید تولید آهن اسفنجی

پِرِد (PERED) را می توان روشی بهینه سازی شده برای تولید آهن اسفنجی دانست. این تکنولوژی تحت عنوان PERED (Persian Reduction)، در آلمان و تحت لیسانس شرکت ایرانی MME به ثبت رسیده است. بهره گیری از این روش جدید برای تولید آهن اسفنجی نسبت به روش های سابق مزیت هایی را به دنبال دارد.

سابق بر این، برای احیای گندله آهن و تولید آهن اسفنجی، از روش های دیگر با تکنولوژی وارداتی در داخل کشور استفاده می شد. بنابراین واحدهایی که از این تکنولوژی بهره می گیرند، موظف هستند هزینه ای را تحت عنوان حق امتیاز و بهره برداری و عضویت در کلوپ به صاحب آن در خارج پرداخت کنند. اما در حال حاضر از آنجا که تکنولوژی جدید توسط متخصصان ایرانی ابداع شده و به ثبت رسیده است، واحدهای داخلی از پرداخت این گونه هزینه ها معاف خواهند بود. بنابراین در همین ابتدای امر، کاهش هزینه های تولید را به همراه دارد.

تفاوت PERED با دیگر روش های تولید آهن اسفنجی

تکنولوژی جدید تفاوت هایی با روش های گذشته دارند. تغییرات ایجاد شده در کوره های جدید عبارتند از:

۱- در تکنولوژی جدید، ورود گاز احیایی نه از یک داکت بلکه با استفاده از دو داکت مجزا انجام می شود. بنابراین یکنواختی و هموژنی گاز احیایی افزایش می یابد و می توان کنترل آن را بیشتر از روش های قبل در اختیار داشت.

۲- در روش های قدیمی تولید آهن اسفنجی، ۳ کلوخه شکن بالایی، میانی و پایینی استفاده می شود در حالی که در روش PERED، یکی از کلوخه شکن ها حذف شده اند.

۳- در روش های معمول، گندله به صورت اختاپوسی به کوره تزریق می شد. اما در طرح جدید PERED، لوله تغذیه دیگری برای ورود گندله در مرکز کوره نیز تعبیه شده است. این امر موجبات یکنواختی و تامین یکنواخت خوراک را فراهم می کند و در نهایت کارایی را افزایش خواهد داد. همین موضوع نیز، می تواند یکی از عواملی باشد که زمینه را برای حذف یکی از کلوخه شکن ها مهیا می کند.

۴- در روش های دیگر از لوله هایی با قطر ۸ اینچ به عنوان ریفورمر استفاده می شود. اما در طرح جدید برای پلنت های هشتصد هزار تنی، این قطر تا ۱۰ اینچ افزایش یافته است که موجبات کاهش تعداد لوله ها را فراهم می کند و اندازه نهایی محفظه ریفورمر هم کوچکتر می شود.

۵- در روش جدید از کاتالیست منحصر به فردی استفاده می شود. این کاتالیست، شکست گازهای احیایی را تسریع می کند و طول عمر بیشتری نیز دارد.

۶- در طرح جدید از کمپرسورهای سانتریفیوژی زیمنس استفاده می شود. این جایگزینی، آزادی عمل بیشتری را ایجاد می نماید و هزینه های مصارف برق و … و نیز سرمایه گذاری را کاهش می دهد.

۷- در طرح جدید تولید آهن اسفنجی برای پلنت های هشتصد هزار تنی، رکوپراتور (سیستم بازیاب حرارتی) به صورت معکوس نصب شده است. نحوه نصب تجهیز یاد شده، این امکان را فراهم می آورد تا در زمان تعمیر تجهیزات، باندل ها با سهولت بیشتر و طی زمان کمتری از رکوپراتور خارج شوند.

۸- در روش PERED فضای خالی بالای کوره کم شده است و ارتفاع کوره نیز به علت تفاوتی که در نوع تزریق شارژ انجام شده و پیش تر هم به آن اشاره شد، کوتاه تر شده است. داکت جانبی خروجی گاز به دو داکت از روی سقف تغییر یافته است.

۹- در کوره های موجود خنک کردن کوره به صورت نقطه ای و سپس درخت کریسمس انجام می شود. اما در روش PERED، خنک کنندگی از طریق خط محیطی انجام می شود. بنابراین خنک کاری در روش جدید از توزیع، اثرگذاری و کارایی بیشتری برخوردار است.

۱۱- ریفورمر از تزریق بخار بهره می برد و کنترل پارامترهای ریفورمینگ را بهتر کرده است.

۱۲- با استفاده از تزریق گاز در ناحیه میانی کوره، بهره وری افزایش پیدا می کند.

تمامی تغییرات یاد شده در نهایت موجبات بهبود فرآیند احیا می شود و مزیت هایی را به دنبال دارد: کاهش میزان سرمایه گذاری اولیه یکی از مهم ترین مزیت های روش PERED به شمار می رود. در طرح جدید انتظار می رود که دما کاهش یابد و از حجم ورود گازهای آلاینده به اتمسفر کاسته شود. این طرح به افت مصرف آب، برق و گاز منجر می شود و بهبود شاخص های مصرف انرژی را دربر خواهد داشت. در نهایت نیز انتظار می رود تا از هزینه تعمیر و نگهداری در این روش کاسته شود.

آینده آهن اسفنجی در گرو تکنولوژی های جدید

تکنولوژی PERED تاکنون در ۴ پروژه استانی احیا آهن اسفنجی در دست اجرا است. شادگان، میانه، نی ریز و بافق، طرح هایی هستند که در آنها از تکنولوژی جدید PERED برای تولید آهن اسفنجی استفاده می شود.

در خرداد ماه امسال مشعل های ریفورمر فولاد شادگان روشن شد و در پروسه راه اندازی گرم قرار گرفت و در حال حاضر شاهد تولید آزمایشی آهن اسفنجی در طرح شادگان می باشیم. پروژه های میانه و نی ریز هم به ترتیب هر کدام ظرف مدت یک ماه بعد از اتمام پروژه اول در مسیر تولید قرار خواهند گرفت. پروژه بافت از سایر طرح ها عقب تر است اما انتظار می رود در سال جاری، همه طرح های یاد شده به بهره برداری برسند.

با توجه به یکسان بودن تکنولوژی پروژه های احیای شرکت MME در طرح های استانی قطعاً تجارب حاصله از راه اندازی طرح فولاد شادگان، در سایر پروژه ها بکار گرفته خواهد شد. در حال حاضر با راه اندازی اولین واحد احیاء مستقیم استانی به روش PERED، رفرنس خوبی برای این تکنولوژی بوجود آمده است و لذا با توجه به نتایج بسیار خوب حاصل شده و بومی بودن این تکنولوژی، بازارهای جدیدی برای شرکت MME در داخل و خارج از کشور ایجاد می گردد.

نکته حائز اهمیت در این خصوص این است که با توجه به سیاست های کشور مبنی بر استفاده حداکثری از توان داخل و توجه خاص به موضوع اقتصاد مقاومتی، می بایست جهت گیری و سیاست گذاری های کلان به نحوی باشد که ساخت سایر پلنت های احیای مستقیم در کشور بر مبنای استفاده از تکنولوژی PERED انجام پذیرد. گفتنی است که زمان معقول برای اجرای چنین طرح های از زمان آغاز کار تا مرحله نهایی بهره برداری، حداکثر ۲ تا ۲.۵سال خواهد بود.

متاسفانه مشکلاتی همچون عدم تامین مالی مناسب در دوره فعالیت دولت قبلی، مانع از اجرایی شدن این طرح ها شدند. تا جایی که اجرای این پروژه ها نزدیک به ۱۰ سال زمان برد. همچنین گذشت زمان نیز مسائلی چون فرسودگی تجهیزات را پدید آورد و لذا واحدها برای راه اندازی مجدد گارانتی ها و سرویس مجدد این دستگاه ها، هزینه های اضافه ای را متحمل شدند. بنابراین نباید از این نکته غافل بود که دوره زمانی راه اندازی و رسیدن به محصول در این طرح های جدید، از یک سو به علت تازگی تکنولوژی و از سوی دیگر به دلیل برخی مشکلات یاد شده برای تجهیزات، طولانی تر زمان های متداول در راه اندازی واحدهای میدرکس خواهد بود. البته انتظار می رود در آینده و با کسب تجربیات حاصل از راه اندازی و تحقق پارامترهای مورد انتظار در تکنولوژی پرد، طرح های آتی کشور برای تولید آهن اسفنجی با بهره گیری از این روش، احداث شوند.

همچنین تکنولوژی های میدرکسی که در گذشته احداث شده اند را می توان تا حدودی و نه صد درصد، بهبود بخشید و به PERED تبدیل کرد. این طرح در یکی از کارخانجات فولادی کشور انجام شد و طی آن، ظرفیت ۶۵۰ هزار تنی این واحد به ۸۵۰ هزار تن ارتقا یافت. یعنی ۳۰ درصد افزایش ظرفیت با این تغییرات ایجاد شد. در نتیجه حتی واحدهای قدیمی می توانند از مزیت های این روش در جهت بهبود عملکرد خود استفاده کنند البته اگر با مشکل لیسانس میدرکس مواجه نگردد.