دانشمندان به درک DRI در تولید فولاد مدرن می پردازند

آیا تا به حال از خود پرسیده اید که چه چیزی در تولید فولاد فراتر از ضایعات فلزی رخ می دهد؟ یکی از بهترین اسرار صنعت فولاد، محصول نیمه تمام قابل توجهی است که به آهن کاهش یافته مستقیم (DRI) معروف است. این ماده نقش مهمی در فولادسازی مدرن دارد و جایگزینی تمیزتر و کارآمدتر برای روش های سنتی ارائه می دهد.

آهن احیا شده مستقیم یا DRI یک محصول آهن با خلوص بالا است که با حذف اکسیژن از سنگ آهن در حالت جامد بدون ذوب آن به دست می آید. این فرآیند بر عوامل کاهنده مانند مونوکسید کربن و هیدروژن تکیه دارد تا اتم‌های اکسیژن را از مولکول‌های سنگ آهن جدا کنند و آهن فلزی تقریباً خالص را پشت سر بگذارند. به آن به عنوان یک عملیات شیمیایی ظریف فکر کنید که در آن اکسیژن با دقت استخراج می شود و تنها آهن باقی می ماند.

دو روش اصلی برای تولید DRI وجود دارد:

• DRI مبتنی بر گاز:پرکاربردترین روش، تولید DRI مبتنی بر گاز است که اغلب با کارخانه های فولادی کوره قوس الکتریکی (EAF) ادغام می شود و "مینی آسیاب" فشرده را تشکیل می دهد. گاز طبیعی به مونوکسید کربن و هیدروژن تبدیل می‌شود که سپس با سنگ آهن در کوره احیاء واکنش می‌دهند. DRI حاصل را می توان در حالی که هنوز داغ است مستقیماً به یک EAF وارد کرد و در مصرف انرژی صرفه جویی کرد. برخی از تولیدکنندگان نیز DRI را به سایر کارخانه‌های فولاد منتقل می‌کنند یا آن را به اشخاص ثالث می‌فروشند.
• DRI مبتنی بر زغال سنگ:این روش که عمدتاً در کشورهایی مانند هند استفاده می شود، از کوره های دوار استفاده می کند که در آن زغال سنگ هم به عنوان سوخت و هم به عنوان عامل کاهش دهنده عمل می کند. این محصول که به طور محلی به عنوان "آهن اسفنجی" شناخته می شود، معمولاً در مقادیر کمتر تولید می شود، اما یک راه حل اقتصادی برای تولید فولاد منطقه ای باقی می ماند. قابل ذکر است که هند تقریباً 57 درصد از فولاد خام خود را از EAF (داده‌های 2016) تامین می‌کند که آهن اسفنجی نقش کلیدی دارد.

DRI آهن خالص نیست - حاوی ناخالصی های باقی مانده است. هنگامی که از سنگ آهن با محتوای 65.5٪ تا 68٪ آهن تولید می شود، ترکیب معمولی آن شامل موارد زیر است:

• میزان متالیزاسیون:92.0٪ - 96.0٪
• کل محتوای آهن:86.1٪ - 93.5٪
• محتوای آهن فلزی:81.0٪ - 87.9٪
• محتوای کربن:1.0٪ - 4.5٪
• محتوای گوگرد:0.001٪ - 0.03٪
• پنتوکسید فسفر (P2O5):0.005٪ - 0.09٪
• گانگ (SiO2، Al2O3، CaO، MgO، MnO و غیره):3.9٪ - 8.4٪
• اندازه ذرات:4-20 میلی متر
• چگالی حجمی:1.6-1.9 تن در متر مکعب

DRI هنگام قرار گرفتن در معرض هوا بسیار واکنش پذیر است و مستعد اکسیداسیون مجدد است که می تواند گرما ایجاد کند و منجر به احتراق خود به خودی شود. برای کاهش خطرات، پروتکل‌های مدیریت و ذخیره‌سازی سختگیرانه اعمال می‌شوند. سازمان بین المللی دریانوردی (IMO) DRI را به عنوان محموله های گروه B (از نظر شیمیایی خطرناک) و MHB (مواد خطرناک فقط به صورت فله) طبقه بندی می کند که برای جلوگیری از اکسیداسیون نیاز به حمل و نقل تحت گاز بی اثر (معمولاً نیتروژن) دارد.

استفاده اولیه از DRI به عنوان ماده اولیه در فولادسازی کوره قوس الکتریکی (EAF) است. در مقایسه با ضایعات فلزی، DRI چندین مزیت دارد:

• ترکیب ثابت:DRI ناخالصی های کمتری دارد که امکان کنترل بهتر کیفیت فولاد را فراهم می کند.
• عناصر کم باقیمانده:حاوی حداقل عناصر مضر (مانند مس، نیکل، کروم) است که آن را برای تولید فولاد با عیار بالا ایده آل می کند.
• افزایش بهره وری:افزودن DRI به EAF ها ذوب را تسریع می کند، زمان تولید و مصرف انرژی را کاهش می دهد.

فراتر از EAF، DRI در کوره های بلند و ریخته گری نیز استفاده می شود.

با تشدید مقررات زیست محیطی، صنعت فولاد برای کاهش انتشار کربن تحت فشار است. DRI جایگزین تمیزتری برای آهن‌سازی معمولی است، به‌ویژه زمانی که با استفاده از هیدروژن به عنوان یک عامل کاهنده تولید می‌شود. این روش که به عنوان DRI مبتنی بر هیدروژن شناخته می شود، سنگ بنای تولید فولاد پایدار محسوب می شود.

با اهمیت روزافزون خود، DRI در حال ایفای نقش محوری در گذار صنعت فولاد به سمت شیوه های سبزتر است.

علاوه بر DRI، سایر فلزات مشتق شده از سنگ آهن به تولید فولاد کمک می کنند:

• آهن بریکت شده داغ (HBI):یک شکل متراکم تر و پایدارتر از DRI، HBI حمل و نقل و ذخیره سازی آسان تر است.
• آهن خوک:آهن خام که در کوره بلند تولید می شود، محتوای کربن بالایی دارد و به عنوان یک عنصر کلیدی فولادسازی عمل می کند.
• آهن خوک گرانول (GPI):به عنوان خنک کننده در کوره های بلند یا به عنوان ماده اولیه در EAF و ریخته گری استفاده می شود.