احیای فولاد با منابع گاز طبیعی در ایران

امروزه فناوریهای مورد استفاده در تولید محصولات فولادی در مراحل بعد از بهدست آوردن فولاد مذاب یعنی ریختهگری و نورد تا حدودی یکسان است. اما برای بهدست آوردن فولاد مذاب یا فولاد خام، از فناوریهای مختلفی میتوان استفاده کرد.نصیرالدین ضوئی، مدیر فروش و بازاریابی یک شرکت احداث صنایع فولادی درباره فناوریهای مختلف فولادسازی بیان کرده است.

تولید فولاد با چه روشهایی انجام میشود؟

فولاد با تصفیه آهن مذاب، سرد کردن و شکل دادن در قالبها حاصل میشود. ۲ روش اساسی برای بهدست آوردن فولاد مذاب وجود دارد: فرآیندی براساس استفاده از زغالسنگ شامل: کک متالورژی، کوره بلند و کوره اکسیژن و فرآیند دیگر براساس ذوب قراضه و آهن اسفنجی به وسیله جریان قوس الکتریکی است.در روش نخست؛ فناوری کوره بلند - کانورتور است که در تهیه آهن خام یا چدن مذاب در کوره بلند به کار میرود و تولید فولاد در کانورترهای اکسیژنی مانند ذوبآهن اصفهان مورد استفاده قرار میگیرد.در این روش ماده اولیه سنگ معدن آهن (اکسید آهن) است که اکسید آهن در فرآیند آهنسازی و بااستفاده از یک ماده احیاکننده، احیا شده و به آهن تبدیل میشود. پس از آن در فرآیند فولادسازی با افزودن کربن و سایر افزودنیهای ضروری، آهن به فولاد تبدیل میشود. در این روش که شیوه سنتی تولید است، از احیای غیرمستقیم آهن استفاده شده و سنگ آهن پس از فرآوری به همراه آهک و کک وارد کوره بلند شده، آهن خام یا چدن مذاب بهدست میآید. در مرحله بعد آهن خام در یک کانورتر به فولاد مذاب تبدیل شده، کربن و ناخالصیهای دیگر آن به کمک اکسیژن خارج و فولاد خام تولید میشود.درکنار فرآیندهای اصلی (آهنسازی و فولادسازی)، فرآیندهای جانبی شامل ککسازی برای تهیه ماده اولیه عملیات احیا و اگلومراسیون برای آمادهسازی سنگ معدن آهن نیز وجود دارند که درواقع خوراک مورد نیاز فرآیندهای اصلی را فراهم میکنند. این فناوری مهمترین شیوه تولید فولاد خام در جهان به شمار میآید و حدود ۶۰ درصد فولاد خام دنیا به این روش تولید میشود. در این روش برای تبدیل چدن مذاب به فولاد از کورههای بلند استفاده میشود که این کورهها پس از بهبود فناوری فولادسازی، جایگزین کورههای (اواچاف) شده است. گفتنی است که شرکت «پوسکوی کرهجنوبی» با ایجاد نوآوری و فناوری فاینکس در کوره بلند توانسته تحولی بزرگی در این روش ایجاد کند.

روش دوم چه روشی است؟

فناوری احیای مستقیم یا همان احیای مستقیم سنگآهن و ذوبآهن اسفنجی و قراضه در کورههای قوس الکتریکی مانند فولاد مبارکه یا کورههای القایی مانند مجتمع فولاد جنوب است.در این روش ماده اولیه، قراضههای آهن و فولاد است که پس از ذوب در کورههای قوس الکتریکی و حذف ناخالصیها و افزودن کربن و سایر مواد ضروری به فولاد تبدیل میشود. با استفاده از کورههای الکتریکی و ذوب دوباره قراضه آهن و فولاد تولید میشود. به دلیل کمبود منابع قراضه در جهان و نیز رشد فزاینده قیمت آن در طول سالهای گذشته، در این روش میتوان به همراه قراضه از آهن اسفنجی نیز برای ذوب در کوره استفاده کرد.در این روش گاز طبیعی عامل احیای سنگ معدن آهن بوده و در کشورهایی با منابع غنی گاز طبیعی مانند ایران بیشتر مورد توجه است. سهم فولاد خام تولیدی از این روش در دنیا در حدود ۷درصد است. فناوری احیای مستقیم به چند فناوری عمده تقسیم میشود که مهمترین آنها عبارتند از: میدرکس، HYLIII، HYL IV، Fluid Be.رایجترین این فناوریها، فناوری میدرکس است. تاکنون حدود ۳۰ واحد میدرکس در دنیا نصب و راهاندازی شده که ۲ واحد آن در ایران در مجتمعهای فولاد مبارکه و فولاد خوزستان قرار دارند. در چند سال گذشته در بیشتر نقاط دنیا گرایش به تولید آهن اسفنجی افزایش یافته و سهم آن در تولید فولاد دنیا بیشتر و بیشتر میشود. دلیل این گرایش و توسعه روش قوس الکتریکی، هزینه پایینتر آن نسبت به روش کوره بلند و آسیب نرساندن به محیطزیست است. در روش کوره بلند به دلیل استفاده از زغالسنگ، کک به جای سوخت آلودگی محیطزیست بیشتر است. در کشورهایی که هزینه آهن قراضه زیاد و در عوض هزینه استفاده از گاز طبیعی ناچیز است، تولید آهن اسفنجی به عنوان اصلیترین منبع آهن برای روش مینیمیل انجام شود. این مورد شامل تمامی طبقهبندیهای فولادی در مینیمیلها است. در بیشتر کشورهای صنعتی دنیا برای اینکه محصول خالصتری بهدست آورند در کوره قوس فقط از آهن اسفنجی استفاده میکنند زیرا آهن اسفنجی ناخالصیهایی که در قراضههای آهن موجود است را ندارد و از طرف دیگر ناخالصیهای موجود در آهن اثرات مضری در خواص شیمیایی و فیزیکی فولاد میگذارد.

عمدهترین فعالیت میدرکس به عنوان بزرگترین سازنده واحد احیای مستقیم آهن چیست؟

شرکت میدرکس حدود ۳ دهه در زمینه احیای مستقیم آهن، آهن اسفنجی فعالیت کرده است. این شرکت بینالمللی سازنده فناوری است که به وسیله آن سنگ آهن، تبدیل به آهن احیا شده با درجه خلوص بالا میشود. آهن احیا شده در صنایع ذوبآهن و تولید فولاد دارای استفاده بسیار است. روش میدرکس در ایران اجرا میشود و درحالحاضر واحدهای احیای مستقیم چندین فولادساز بزرگ ایرانی ازجمله فولاد خوزستان و فولاد مبارکه اصفهان از ایندسته است.میدرکس روشی در تهیه تولید آهن اسفنجی است و در دنیا برای تولید آهن اسفنجی یک روش چیره و همهگیر است. حدود ۸۵درصد تولید آهن اسفنجی در دنیا با روش میدرکس تولید میشود. به صورت فعلی حدود ۴۹ واحد میدرکس در ۱۶ کشور دنیا مشغول به کار هستند که تمامی اینها از گازشکنها برای تبدیل گاز طبیعی به «CO» و «H۲» استفاده میکنند و تنها ۲واحد در افریقای جنوبی و کرهجنوبی مشغول بهکار هستند که واحد تبدیل به گاز دارند و گازهای مورد نیاز و احیاکننده خود را تولید میکنند. این ۲ واحد درواقع از فرآیند کورکس/ میدرکس استفاده میکنند.

آهن اسفنجی «دیآرآی» چه کاربردهایی دارد؟

آهن اسفنجی محصول عملیات احیای مستقیم سنگ آهن است که دارای عیار بالای آهن بوده، و جایگزین مناسبی برای قراضه ذوب است. تولید آهن اسفنجی از سنگآهن، عموما به ۲ روش گازی یا استفاده از زغالسنگ، برای احیای آهن انجام میشود. معمولا در کشورهایی که دارای ذخایر گاز هستند، از روش گازی استفاده میشود. در ایران نیز بهطور مثال، فولاد خوزستان و فولاد مبارکه از گاز به عنوان ماده احیاکننده استفاده میکنند. شناخته شدهترین روشهای احیای مستقیم گازی روشهای میدرکس و «اچوایال» هستند. بهطور تقریبی ۶۵ درصد فولاد خام جهان به کمک روش کوره بلند و ۳۲ درصد آن نیز به روش احیای مستقیم و استفاده از کورههای الکتریکی تولید میشود. با وجود آنکه بیشتر تولید فولاد خام در جهان به وسیله روش کوره بلند تولید میشود، اما به دلیل سرعت بیشتر تولید در این روش به دلیل استفاده از قراضه و همچنین هزینه راهاندازی یک واحد کوره بلند نسبت به یک واحد احیای مستقیم و کوره الکتریکی در ظرفیتهای متناظر، بالاتر است. روش احیای مستقیم و کورههای الکتریکی را بهویژه در ایران توجیهپذیرتر میکنند.

روشهای موجود در چه زمینههای با هم تفاوت دارند؟

کوره بلند (شامل ککسازی، آگلومراسیون، کوره بلند، کانورتر و ریختهگری مداوم شمش) و روش دیگر (شامل گندلهسازی، احیای مستقیم، کوره قوس الکتریکی و ریختهگری مداوم شمش) است.کک متالورژیکی که یکی از مواد اولیه موردنیاز کورههای بلند است و از آن زغالسنگ ککشو بهدست میآید منابع آن در ایران محدود است. همچنین این ماده بهطور عمده وارداتی و گرانقیمت است. برای تولید هر تن آهن خام به روش کوره بلند، براساس استانداردهای جهانی به حداقل ۱/۵ تن سنگآهن و ۴۵۰ کیلوگرم کک متالورژیکی نیاز بوده که گاهی این مقدار تا ۳ تن سنگ آهن و ۱۰۰۰ کیلوگرم کک هم افزایش مییابد. در نتیجه با توجه به آنکه میتوان از گاز به عنوان ماده احیاکننده در روش احیای مستقیم استفاده کرد و با وجود منابع عظیم گاز در ایران، در عمل روش کوره بلند مزیت خود را از دست میدهد.بنابراین روش کوره بلند محدودیتهای زیستمحیطی بیشتری نسبت به روش احیای مستقیم دارد، آهن اسفنجی عیار بالاتری نسبت به آهن خام دارد، کوره بلند در ظرفیتهای بالا (حداقل ۲ میلیون تن در سال) دارای توجیه اقتصادی بیشتری است، درحالی که از روش احیای مستقیم میتوان در واحدهای کوچک فولادسازی نیز با توجیه اقتصادی مناسب استفاده کرد.آهن اسفنجی را میتوان به صورت آهن گرم کلوخه شده درآورده، به سهولت حمل یا ذخیره کرد. در فرآیند احیای مستقیم میتوان از گازطبیعی بدون حذف ناخالصیهای آن استفاده کرد.

در راستای سند چشمانداز فولاد کشور تا سال ۱۴۰۴ و تولید ۵۵ میلیون تن فولاد چه روشی در احداث واحدهای جدید فولادسازی بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد؟

با توجه به ذخایر غنی گاز در ایران، همچنین برنامه تولید ۵۵ میلیون تن فولاد در راستای سند چشمانداز فولاد کشور تا سال ۱۴۰۴ به نظر میرسد که ۴۰ میلیون تن از این ظرفیت به روش کوره قوس الکتریکی انجام شود و ۵ میلیون تن دیگر از روش کوره بلند بهره ببرد. کشور ما به دلیل موقعیت جغرافیایی بسیار مناسب بهترین فرصت را برای استفاده از بهروزترین فناوریهای فولاد دنیا را دارد و درحالحاضر هم بسیاری از تولیدکنندگان فولاد کشور مجهز به فناوریهای روز دنیا هستند.گفتنی است که جانمایی و موقعیت جغرافیایی برای اجرای طرحهای توسعه فولادی در کشور با توجه به مشکلات بحران آب و زیرساختهای حملونقل بسیار مهم و ضروری است و از سوی دیگر با در نظر گرفتن رویکرد صادراتی کشور که یکی از اهداف دولت هم است، بهتر است ایجاد طرحهای توسعهای و جدید فولادی در کشور در کنار دریا ایجاد شود که هم هزینه حمل کاهش یابد و هم اینکه صادرات تسریع شود.

قیمت تمامشده فولاد از چه پارامترهای تاثیر میپذیرد؟

یکی دیگر از مهمترین موضوعات قیمت تمام شده فولاد است که یکی از پارامترهای تاثیرپذیر در قیمت تمام شده فناوری به کار رفته در تولید فولاد است. پیشنهاد میشود در طرحهای توسعه و طرحهای جدید فولاد در کشور از آندسته از فناوریها استفاده شود که کمترین میزان مصرف انرژی را دارند و همچنین میزان استهلاک آنها بسیار پایین باشد. استفاده از فناوریهای دوستدار محیطزیست بهطور جدی پیشنهاد میشود. ایجاد یک تن فولاد در صورتی توجیهپذیر خواهد بود که در ازای آن محیطزیست و اکوسیستم آسیب نبیند که آیندگان بخواهند برای حل مشکلات آن هزینههای بسیار گزافی پرداخت کنند. ما میتوانیم با استفاده از بهترین فناوریهای روز فولاد دنیا و همچنین استفاده از ذخایر غنی گاز و سنگ آهن، قیمت تمام شده بسیار رقابتی در فولاد داشته باشیم و از این طریق تبدیل به یکی از بهترین صادرکنندگان فولاد در جهان شویم.