تفاوت خواص آهناسفنجی تولیدی با گاز و زغالسنگ
درصد کربن بهصورت سمنتیت در آهناسفنجی با زغالسنگ خیلی کمتر از آهناسفنجی احیا شده با گاز طبیعی است؛ درجه فلزی شدن آهناسفنجی با استفاده از زغالسنگ از درجه فلزی شدن آهناسفنجی با استفاده از گاز کمتر است.
حمل و نقل آهناسفنجی سرد تولیدی با زغالسنگ آسانتر از حمل و نقل آهناسفنجی تولیدی با گاز است.
درصد گوگرد آهناسفنجی تولیدی با زغالسنگ بیشتر از گوگرد آهناسفنجی تولیدی با گاز است.
درصد گاز CO2 تولیدی به ازای تولید یک تن آهناسفنجی با استفاده از انرژی زغالسنگ خیلی بیشتر از گاز CO2 تولیدی به ازای یک تن آهناسفنجی با استفاده از گاز طبیعی است.
آلودگی محیط زیست به ازای تولید یک تن آهناسفنجی با استفاده از زغال بیشتر از تولید یک تن آهناسفنجی با استفاده از گاز است.
ظرفیت اسمی هر واحد تولید آهناسفنجی دنیا با استفاده از زغالسنگ بین ۱۰۰۰۰ تن تا حداکثر ۶۰۰۰۰۰ هزار تن در سال است. ظرفیت اسمی هر واحد تولید آهناسفنجی دنیا با استفاده از انرژی گاز از ۲۵۰ هزار تن تا دومیلیون تن در سال میتواند باشد.
با توجه به اهمیت حفظ جهانی محیطزیست در سالهای آینده برای ساخت واحدهای جدید تولید آهناسفنجی با استفاده از زغالسنگ به جز کشور هند در دنیا سرمایه گذاری زیادی نخواهد شد.
همچنین از ۵ سال آینده جهان با کاهش روند تولید آهناسفنجی با استفاده از زغالسنگ مواجه خواهد شد.
حدود ۲۵/۷ میلیون تن آهناسفنجی معمولی و بریکت شده گرم توسط کشورهای مختلف تولیدکننده آن از جمله ایران به کشورهای دیگر در سال ۲۰۲۲ صادر شده است.
نمودار (۳) روند صادرات آهناسفنجی دنیا از سال ۱۹۷۱ تا ۲۰۲۲ بر حسب میلیون تن از طریق خشکی، آبی را نشان میدهد.
صادرات آهناسفنجی هند در ۲۰۲۲ حدود ۱۱ میلیون تن بود و صادرات آهناسفنجی روسیه در سال ۲۰۲۲ حدود ۳ میلیون تن بود. آمریکا ۱/۵ ایتالیا ۰/۹ و چین ۰/۸ میلیون تن در سال ۲۰۲۲ آهناسفنجی وارد کردند.
تولید جهانی فولادخام دنیا در سال ۲۰۲۲ ( ۱۸۷۸/۵میلیون تن) نسبت به تولید فولادخام سال ۲۰۲۱ دنیا ۴/۲ درصد کاهش داشته است.
تولید آهناسفنجی دنیا در سال ۲۰۲۲ ( ۱۲۷/۳۶ میلیون تن ) نسبت به تولید سال ۲۰۲۱ (۱۱۹/۲ میلیون تن ) حدود ۶/۹ درصد رشد داشته است.
در سال ۲۰۱۲ کل تولید آهناسفنجی دنیا ۶۰ میلیون تن بود که در سال ۲۰۲۲ به حدود ۱۲۷ میلیون تن افزایش یافت به عبارتی دیگر در ده سال اخیر تولید آهناسفنجی دنیا از دو برابر هم بیشتر شده است . پیشبینی میشود تولید آهناسفنجی دنیا در سال ۲۰۳۰ حدود ۳۰۰ میلیون تن باشد.
جهت سهولت حمل و نقل آهناسفنجی صرفهجویی در کل مصرف انرژی در فرآیند تولید فولاد درسال ۱۹۷۷ شرکت آلمانی سازنده سیستم پروفر آهناسفنجی در ایران روش اولیه تولید بریکت گرم آهناسفنجی در دنیا را شروع به بهرهبرداری نمود و در سال ۱۹۷۹سبب شد که سیستم تولید آهناسفنجی به روش پروفر اهواز به علت ایجاد مشکلات تجهیزاتی و فنی، خاموشی ناگهانی بدون برنامهریزی برای مدتی تولید متوقف شود.
۱-گاز طبیعی
۲- کمپرسور
۳-دمش برای سوختن کامل گاز برگشتی
۴- گاز برگشتی
۵- شستشوی گاز برگشتی
۶-تبدیل
گاز طبیعی به مخلوط (CO+H2 ) گاز احیاء
کننده
۷- کوره عمودی احیاء
۸- تخلیه آهناسفنجی گرم
۹-تولید بریکت
گرم
۱۰- گاز احیاء کننده
۱۱- ورود گندله
۱۲-حل دهنده آهناسفنجی تولیدی برای تخلیه
گاز برگشتی از کوره احیاء عمودی بصورت متناوب مشابه گرم کننده هوای کورهبلند بهصورت کامل سوخته با حرارتی حدود ۱۲۰۰ تا ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد سبب گرم شدن آجرهای دیرگداز متخلخل که سطوح جانبی آن آغشته به نیکل میباشد و سبب خروج از دودکش دمش گاز طبیعی به مبدل و برخورد با آجرهای متخلخل ( نیکل به عوان کاتالیزاتور) سبب تولید گاز احیا کننده برای دمش به کوره عمودی احیاء زمان گرم شدن آجرهای متخلخل و تبدیل گاز طبیعی به مخلوط (CO+H2 ) حدود ۴۰ دقیقه، مصرف گاز طبیعی به ازا تن تولید آهناسفنجیحدود ۳ گیگا کالری و مصرف برق حدود ۹۰کیلووات ساعت به ازای تن تولید آهناسفنجی است.
مهندسین در اواخر سال ۱۹۸۰مجددا با بهرهبرداری از سیستم پروفر مقداری آهناسفنجی بریکت شده گرم در ایران تولید گردید.در اثر حملات وحشیانه صدام مجددا به تجهیزات فنی داخل پروفر( حل دهنده و… ) این واحد دیگر قادر به تولید نبود. جمعا حدود ۲۵۰ هزار تن آهناسفنجی بریکت شده گرم به روش پروفر در ایران تولید گردید.
نمودار (۴) روند مصرف انواع آهناسفنجی دنیا از سال ۱۹۷۰ تا ۲۰۲۲ را بر حسب میلیون تن نشان میدهد.
نمودار (۵) روند صادرات بریکت گرم آهناسفنجی و آهناسفنجی سرد را از سال ۱۹۷۱ تا ۲۰۲۲ برحسب میلیون تن نشان میدهد.
جدول(۴) روند مصرف انواع آهناسفنجی دنیا را از سال ۲۰۰۹ تا سال ۲۰۲۲ را بر حسب میلیون تن نشان میدهد.
برای صرفهجویی در مصرف انرژی و افزایش ظرفیت کورههای قوسالکتریکی و… بر طبق نمودار (۸)حدود ۱۰ درصد آهناسفنجی سال ۲۰۲۲ دنیا بهصورت شارژ مداوم با حرارتی حدود ۶۰۰ درجه سانتیگراد در کورههای قوسالکتریکی به فولاد مذاب و پالایش شده تبدیل گردیدهاند.
پیشبینی میشود آهناسفنجی تولیدی با استفاده از انرژی هیدروژن که در سالهای آینده تولید خواهند شد عمدتا برای صرفهجویی در انرژی و افزایش راندمان تولید کورههای قوسالکتریکی بهصورت شارژ گرم مداوم در کورههای قوسالکتریکی ذوب و به فولاد تبدیل خواهند شد. به عبارت دیگر سیستم صنعتی تولید آهناسفنجی سالهای آینده دنیا از یک واحد مشابه میدرکس و تخلیه گرم آهناسفنجی احیاء شده با حرارت حدود ۷۰۰ درجه سانتیگراد و ذوب آن در کوره قوسالکتریکی خواهد بود.
پیشبینی میشود درسال ۲۰۳۰ کل شارژ مداوم گرم آهناسفنجی دنیا ظرفیتی حدود ۵۰ میلیون تن در سال داشته باشند.کشورهایی که تولیدآهناسفنجی آنها به هدف صادرات باشد مسلما در خط تولید آنها در سالهای آینده امکان تولید بریکت گرم وجود خواهد داشت.
احیاء اکسید آهن به روش میدرکس عمدتا از یک رفوورمر ( احتراق ناقص گاز طبیعی) و تولید مخلوط گاز H2+CO بعنوان گاز احیاء کننده و یک کوره عمودی که از بالا گندله اکسید آهن وارد کوره احیاءمیشود تشکیل خواهد شد.
از پایین گاز احیاء کننده به کوره دمیده میشود و طبق شکل شماتیک (۱) از پایین کوره آهناسفنجی گرم جهت شارژ مداوم در کوره قوسالکتریکی برای ذوب یا تولید بریکت گرم آهناسفنجی داغ خارج میشود.
شکل شماتیکی (۲) فرآیند احیاء گندله اکسید آهن به روش میدرکس که قابل استفاده با گاز هیدروژن نیز خواهد بود.
پایین کوره احیاء
آهناسفنجی تولیدی با گاز خنثی سرد شده حرارت حدود ۵۰درجه سانتیگراد بهصورت سرد
از کوره احیاء میتواند خارج شود.
پیشبینی میشود که تعداد زیادی تجهیزات تولید آهناسفنجی از دوسال آینده در دنیا
که با استفاده از صد در صد انرژی هیدروژن سبز احیاء میشوند ساخته و در کورههای
قوسالکتریکی که برق آن نیز از انرژی خورشیدی تامین میشود ذوب و به فولاد تبدیل
خواهند شد.
در جریان تولید آهناسفنجی در واحدهای میدرکس گندلههای آهناسفنجی از چند ردیف کلوخهشکن بر طبق شکل شماتیک(۲) رد میشوند پس از سرد شدن از کوره احیاء خارج میگردند.
شکل شماتیکی (۳) فرآیند احیاء به روش میدرکس
معمولا درصد کمی از گندلهها بهصورت نرمه احیاء شده از کوره خارج میشوند. بعلت نسبت زیاد سطوح واقعی به سطوح خارجی و وزن این نرمههای احیاء شده در ظرف مدت کمی مجددا اکسیده خواهند شد و شارژ آنها در کورههای قوسالکتریکی مشکلات فنی ایجاد خواهند کرد. لذا پس از خروج آهناسفنجی از واحد احیاء پس از جدا کردن نرمه احیاء شده آنها را با مقدار جزئی افزودنی به بریکت سرد که وزن مخصوص آن حدود یک سوم وزن مخصوص بریکت گرم آهناسفنجی است. تبدیل مینمایند تا کمتر سبب آلودگی محیطزیست در فرآیند تولید فولاد میشوند.
تولید آهناسفنجی که با استفاده از گاز هیدروژن سبز احیاء شود هرچه درصد عیار آهن، گندله اکسید آهن به عدد ۶۷ نزدیک باشد اقتصادی تر خواهد بود خوشبختانه بیشتر گندلههای اکسید آهن تولیدی از معادن ایران عیار آنها نزدیک ۶۷ درصد است.
بقیه اکسید آهن معادن ایران را با بهبود تکنولوژی تغلیظ آنها به آسانی میتوان عیار آهن آنها را به ۶۷ درصد نزدیک نمود.
روش پرد ( PFRED) تولید آهناسفنجی روشی است که یک شرکت ایرانی با تغییرات جزئی در تکنولوژی میدرکس توانست این تکنولوژی را در سطح جهانی بهنام خود به ثبت برساند.
جدول شماره (۵) واحدهای ساخته شده به روش پرد.
تحت قرارداد یا ساخت و ساز
از سال ۲۰۱۷ تاکنون بهشرح جدول (۵) چهار واحد در ایران و پنجمی در چین ساخته شده بر طبق قراردادی از صفر تا صد درصد طراحی، ساخت و بهرهبرداری آزمایشی واحد تولید آهناسفنجی در چین را شرکت ایرانی تقبل کرده است. بهموجب گزارشات اولیه روند ساخت و… این واحد خوشبختانه با موفقیت ادامه دارد.
برای جلوگیری از گرم شدن بیشتر کرهزمین تحقیقات جهانی توسط کشورهای پیشرفته دنیا از یک دهه قبل با سرمایهگذاری چند صد میلیارد دلاری تاکنون ادامه داشت اولین نتایج این تحقیقات برنامهریزی اولیه جهانی برای تولید فولاد بدون مصرف انرژیهای فسیلی است. جزئیات تئوری روند تولید فولاد بدون استفاده از انرژیهای فسیلی بصورت خلاصه:
۱-در مقالات ( مقاله حاملهای انرژی و نگاهی به ملاحظات زیستمحیطی صنعت آهن و فولاد تا اول سال ۲۰۲۲(بهمن ۱۴۰۰).
۲-مقاله مصرف گاز هیدروژن صنایع فولاد دنیا در سالهای آینده به شدت افزایش خواهد یافت (دیماه ۱۴۰۱).
۳- مقاله تجزیه
و تحلیل روند تولید فولاد زنگ نزن دنیا تا اول سال ۲۰۲۳ و ضرورت تاسیس مجتمع فولاد
زنگ نزن در ایران (بهمن۱۴۰۱).
۴-مقاله توسعه همه جانبه صنعتی ایران مانند کشورهای پیشرفته
دنیا به کیفیت تولیدات وابسته است نه به افزایش بی حد و حصر کمیت تولید آنها(تیرماه۱۴۰۲).
۵-مقاله رشد کمی تولید فولاد خام ایران در ماه ژوئن سال ۲۰۲۳ نسبت به سال ۲۰۲۲ ۱۷٫۴ درصد بوده است (مرداد ۱۴۰۲) آمده است.
با توجه به اینکه در کلیه روشهای احیاء مستقیم اکسید آهن با گاز بر طبق اشکال شماتیک شکل های شماره (۱) و (۲) مخلوط گاز ( CO+H2) به کوره عمودی احیاء دمیده میشود. محققین با افزایش تدریجی درصد بیشتر گاز هیدروژن به کورههای احیاء متوجه شدهاند جایگزینی صد در صد دمش گاز هیدروژن بجای مخلوط گاز احیاء کننده(CO+H2) با تغییرات جزئی در تجهیزات کورههای عمودی احیاء امکان پذیر است.
محققین پیشنهاد نمودهاند با بهرهبرداری از انرژیهای تجدیدپذیر عمدتا انرژی خورشیدی بهصورت انبوه برق سبز تولید نمایند.
با استفاده از برق سبز و تکامل نسبی تکنولوژی الکترولیز آب قادر به تولید انبوه گاز هیدروژن خواهند بود.
چون نتایج این تحقیقات همه جانبه امیدوارکننده است؛ در سطح جهان ضمن ادامه تحقیقات در واحدهای پایلوت با ظرفیت حدود ۱۰۰ هزار تن در سال، برنامه ریزی جهت ساخت واحدهای صنعتی تولید آهناسفنجی با دمش گاز هیدروژن در دنیا شروع شده است.
۱-شرکت میدرکس و پالوورت ( PAAL WUZTH , MIDREX) توسط H2 GREEN STEEL برای تولید اولین کارخانه تجاری تولید آهناسفنجی سرد با استفاده از هیدروژن سبز تحت علامت تجاری MIDREX×H2 به ظرفیت اسمی حدود ۱۰/۲ میلیون تن در شمال سوئد طراحی نمودهاند که در سال ۲۰۲۵ تولید آهناسفنجی با درجه فلزی شدن ۹۵ درصد را شروع نمایند.
۲-کارخانه تولید فولاد هامبورگ که تنها واحد احیاء مستقیم به روش میدرکس در اروپا را در اختیار دارد، از سال ۱۹۷۰ تاکنون با تولید آهناسفنجی سرد و ذوب آن در کوره قوسالکتریکی با ظرفیت سالانه حدود ۶۰۰ هزار تن در سال بهخصوص در ۲۰ سال اخیر تحقیقات زیادی در جهت افزایش راندمان تولید، بهبود کیفیت آهناسفنجیو… انجام گرفته است.
همچنین در دو سال اخیر افزایش درصد گاز هیدروژن در مخلوط گاز احیاء کننده ( CO+H2) و… طرح توجیهی ساخت کوره عمودی احیاء به ظرفیت ۱۰۰ هزار تن در سال را به دولت آلمان در اتحادیه اروپا ارائه کرده است. اتحادیه اروپا ۵۰ درصد هزینه اجرای ساخت این پایلوت تحقیقاتی تولید آهناسفنجی با استفاده از انرژی گاز هیدروژن سبز و شارژ مداوم گرم آهناسفنجی تولیدی را در کوره قوسالکتریکی که برق سبز آن با استفاده از انرژی خورشیدی تولید شده باشد، ذوب و به محصولات فولادی تبدیل میشود.
گرم شدن کرهزمین
سبب تغییرات اقلیمی، از بین رفتن گونههای مهم گیاهی جانوری، خشکسالی، سیلهای
مخرب پی در پی و… مشکلاتی هستند که به دلیل رشد مصرف بیش از حد سوختهای فسیلی
بشر از چند سال قبل دنیا با آنها مواجه است.
حدود ۷درصد از کل انرژی فسیلی مصرفی سال
۲۰۲۲ دنیا مانند سالهای قبل جهت تولید جهانی فولاد مصرف شده است.