فرآیند تولید آهن اسفنجی در شرکت فولاد سنگان
شرکت فولاد شادگان با بهره‌گیری از فناوری بومی پرد، یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های احیای مستقیم سنگ آهن را در جهان به کار می‌گیرد. این فرآیند، که کاملاً توسط متخصصان ایرانی توسعه یافته است، جایگزین روش‌های خارجی مانند میدرکس و HYL شده و مزایای قابل توجهی در بهره‌وری و کاهش مصرف انرژی دارد. در این شرکت، از تهیه مواد اولیه تا محصول نهایی، می‌پردازیم.
روند ساخت
۱. مواد اولیه
الف) سنگ آهن (گندله اکسیدی)
- سنگ آهن مورد استفاده در این مجمتمع از نوع هماتیت با عیار ۶۷ تا ۶۵ درصد آهن است که به صورت گندله آهن (پلت‌های کروی شکل) درآمده و به کارخانه منتقل می‌شود.
- این گندله‌ها از شرکت فولاد خوزستان تأمین می‌شوند و در انبارهای روباز ذخیره می‌گردند.
- سیستم تسمه نقاله‌ای، گندله‌ها را از انبار به مخازن ذخیره و سپس به بالای کوره احیای مستقیم منتقل می‌کند.
ب) گاز طبیعی
- گاز طبیعی به عنوان منبع اصلی تولید گاز احیایی (H2 و CO)استفاده می‌شود.
- گاز طبیعی ابتدا وارد واحد ریفورمینگ می‌شود و در حضور نانوکاتالیست‌های پیشرفته (تولید شده توسط شرکت دانش‌بنیان خوارزمی) به گاز احیایی تبدیل می‌گردد.
۲. فرآیند احیای مستقیم با فناوری پرد
درباره این فناوری در مقاله‌ای که شرکت فولاد شادگان را معرفی کردیم به‌صورت خلاصه‌ای توضیح دادیم و در این مقاله می‌کوشیم این روند را به‌صورت کامل در مورد این فناوری را شرح دهیم.
الف) کوره احیای مستقیم
- گندله‌های اکسیدی از بالای کوره وارد شده و به سمت پایین حرکت می‌کنند.
- گاز احیایی که در واحد ریفورمینگ تولید شده است، از پایین کوره به سمت بالا تزریق می‌شود و با گندله‌ها واکنش می‌دهد.
- دمای کوره بین ۸۵۰ تا ۹۵۰ سانتی‌گراد تنظیم می‌شود تا اکسید آهن به آهن فلزی (اسفنجی) تبدیل شود.
ب) خنک‌سازی و جداسازی
- آهن اسفنجی تولید شده از پایین کوره خارج شده و در یک سیستم خنک‌کننده، دمای آن تا حدود ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد.
- برای جلوگیری از اکسیداسیون مجدد، آهن اسفنجی در سیلوهای ذخیره‌سازی قرار می‌گیرد که به‌صورت کاملاً ایزوله طراحی شده‌اند.
۳. ویژگی‌های فناوری پرد
مزایای کلیدی
- کاهش مصرف انرژی: بازیافت حرارت در این روش، مصرف گاز طبیعی را تا ۲۰ درصد کاهش می‌دهد.
- کاهش آلایندگی: در مقایسه با روش‌های مبتنی بر زغال‌سنگ، انتشار CO₂ تا ۳۰ درصد کمتر است.
- راندمان بالا: خلوص آهن اسفنجی تولیدی به ۹۴ درصد می‌رسد که برای تولید فولاد با کیفیت مناسب است.
تفاوت با روش‌های خارجی
- فناوری پرد برخلاف روش‌های میدرکس و HYL، از یک سیستم یکپارچه و بسته استفاده می‌کند که امکان بازیافت گازهای مصرفی را فراهم می‌سازد.
- این روش نیازی به واحدهای پیچیده گازسازی ندارد و هزینه‌های تعمیر و نگهداری آن پایین‌تر است.
۴. ابزارها و تکنولوژی‌های کمکی
الف) نانوکاتالیست‌های پیشرفته
- شرکت فولاد شادگان از نانوکاتالیست‌های ریفورمینگ تولید شده توسط شرکت دانش‌بنیان خوارزمی استفاده می‌کند که کارایی تبدیل گاز طبیعی به گاز احیایی را افزایش می‌دهند.
- این نانوکاتالیست‌ها نسبت به نمونه‌های خارجی کارایی بالاتر و هزینه کمتر دارند.
ب) هوش مصنوعی در کنترل فرآیند
نرم‌افزار AIronPAX که توسط شرکت خوارزمی توسعه یافته است. این نرم‌افزار شامل سه بخش اصلی است:
- پیش‌بینی کیفیت آهن اسفنجیبر اساس پارامترهای ورودی.
- پیشنهاد تنظیمات بهینهبرای دستیابی به بالاترین کیفیت.
- محاسبات ترمودینامیکیبرای حفظ تعادل سیستم.
ج) سیستم‌های بازیافت انرژی
- گازهای خروجی از کوره H₂O) و (CO₂ در یک سیکل بسته بازیافت شده و بخشی از انرژی آن‌ها مجدداً مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- این سیستم باعث کاهش هدررفت انرژی و کاهش هزینه‌های عملیاتی می‌شود.
چالش‌ها و موانع تولید
تأمین مواد اولیه: وابستگی به گندله آهن وارداتی از فولاد خوزستان یکی از چالش‌های اصلی این شرکت است و احتیاج دارد تا بتواند از طریق منابع دیگری تهیه نماید.
قطعی برق و گاز: نوسانات انرژی می‌تواند باعث توقف موقت تولید شده و حتی آسیب جدی به دستگاه‌ها شود.
ویژگی و کارکرد فرآورده نهایی
- آهن اسفنجی تولید شده در فولاد شادگان دارای ۹۴ تا ۹۲ درصد آهن فلزی و ۱.۵ تا ۱ درصد کربن است.
- این محصول عمدتاً به فولاد خوزستان ارسال می‌شود تا در کوره‌های قوس الکتریکی به فولاد تبدیل شود.
فرآیند تولید آهن اسفنجی در شرکت صنعت فولاد شادگان، ترکیبی از فناوری بومی پیشرفته، مدیریت هوشمند انرژی و استفاده از ابزارهای دیجیتال است. این شرکت با بهره‌گیری از روش پرد، نه تنها به خودکفایی در تولید آهن اسفنجی دست یافته، بلکه به‌عنوان یک الگوی پایدار در صنعت فولاد جهان شناخته می‌شود. با تکمیل فازهای توسعه‌ای، این شرکت می‌تواند نقش کلیدی در تحقق برنامه‌های کلان فولاد ایران و خاورمیانه ایفا کند.
