تبدیل اکسید آهن به آهن خالص در فولاد خوزستان

حسین ‌کهزاد مدیر بخش احیای فولاد خوزستان در رابطه با نقش واحدهای احیا مستقیم در زنجیره تولید فولاد اظهار داشت: واحد احیا، واحدی است که اکسید آهن را به آهن خالص با درصد خلوص بالای 92 درصد تبدیل می‌کند. 

وی افزود: احیای سنگ آهن به دو روش مستقیم و غیرمستقیم صورت می‌پذیرد و در کارخانه‌های شرکت فولاد خوزستان و بیشتر شرکت‌های فولادسازی ایران ، احیای سنگ آهن به روش احیای مستقیم، انجام می گردد . 

احیای مستقیم سنگ آهن به روش های مختلفی انجام می شود که مهمترین آنها روش میدرکس و  HYL می باشد .  در میان دو روش یاد شده نیز، روش میدرکس در سطح دنیا از اقبال بیشتری برخوردار بوده است و بیش از 60 درصد تولید آهن به روش احیای مستقیم در سطح جهان را به خود اختصاص داده است. کارخانه های احیا مستقیم فولاد خوزستان نیز از روش میدرکس استفاده می‌کنند.

مدیر بخش احیا در بیان تقسیمات فرآیند میدرکس گفت: این فرآیند شامل 3 پروسه اصلی می‌باشد. نخست فرآیند احیای سنگ آهن که در کوره‌ی این واحد اتفاق می‎افتد، دیگر فرآیند تولید گاز احیا که در ریفرمر انجام شده و فرآیند بازیافت حرارتی که از حرارت گازهای احتراقی ریفرمر برای پیش گرم کردن گازهایی که در فرآیند جریان دارند، استفاده می‌شود.

وی درباره مسیر گردش گاز در فرآیند میدرکس اذعان نمود: بیش از 90 درصد گازی که از ریفرمر خارج می‌شود، شامل H2 و CO بوده که احیا کننده‌های مواد می‌باشند. این گاز از راه خط خروجی ریفرمر به کوره تزریق شده و در واکنش‌های شیمیایی با سنگ آهن (گندله)، تولید آهن خالص را رقم می زند. گازی که وارد کوره می‌شود، با دمایی معادل 840 درجه سانتی‌گراد به کوره تزریق می‌شود. البته با افزوده شدن اکسیژن به گاز تزریقی، دمای آن به 900 درجه افزایش خواهد یافت. واز این طریق می‌توان حجم تناژ محصول کوره را بین 5 تا 10 درصد بالا برد.

کهزاد در توصیف قسمت‌های کوره‌های احیا اظهار داشت: این کوره‌ از 4 قسمت تشکیل شده، منطقه ابتدایی ناحیه (Pre Heating) پیش‌گرم است. ناحیه دوم که ناحیه اصلی است، ناحیه احیا (Reduction)بوده که در این قسمت واکنش‌های احیای سنگ آهن اتفاق می‌افتد. در منطقه سوم ناحیه انتقالی (Transition) وجود دارد و قسمت آخر، ناحیه خنک‌کننده (Product Discharge) است که در آن آهن اسفنجی تولید شده با گاز کولینگ خنک می شود. آهن اسفنجی تولید شده  یا به سمت سیلوهای ذخیره فرستاده شده و یا مستقیماً برای مصرف در بخش فولادسازی ارسال می‌شود.

وی در ادامه بیان داشت: علاوه بر آهن اسفنجی ، گاز CO2 و H2O در اثر واکنش CO  و H2 با اکسید آهن در کوره های احیا تولید می شود که این گازها ، گاز برگشتی کوره نامیده می شوند وپس از شستشو و خنک سازی در اسکرابر مجددا به عنوان گاز خوراک در ریفرمر مورد استفاده قرار می‌گیرند. بدین ترتیب چرخه گازها در واحد احیا تقریبا یک  چرخه بسته می باشد. بدین معنا که 80 درصد گازفرآیند در یک چرخه بسته عمل می کند و فقط 20 درصد گاز مورد نیاز فرآیند ، به‌صورت گاز طبیعی به این چرخه اضافه می شود 

کهزاد با اشاره به واکنش‌های اصلی در ریفرمر گفت: واکنش گاز طبیعی با CO2 و H2O منجر به تولید  COو H2 می‌شود. ریفرمرهای احیا دارای تیوپ‌هایی هستند که حاوی کاتالیست می‌باشند. گاز ورودی به ریفرمر از بستر کاتالیست درون لوله‌ها عبور کرده و در کنار دمای بالای درون ریفرمر(1100 درجه سانتیگراد) واکنش‌های شیمیایی یاد شده انجام گردیده و گاز احیایی تولید می‌شود.

وی افزود در ریفرمرهای احیا از سه نوع کاتالیست استفاده می شود که عبارتند از کاتالیست‌های خنثی، نیمه فعال و فعال . ایشان همچنین یاد آور شدند که عنصر فعال این کاتالیستها ، نیکل می باشد .

فرآیند سومی که در واحدهای احیا اتفاق می‌افتد، بازیافت حرارتی است. در این مرحله از دمای حاصل از گاز احتراق برای پیش گرم کردن گازها استفاده می‌شود. گاز خروجی از کوره پیش از ورود به ریفرمر به ناحیه (بازیافت حرارتی) Recoprator رفته و پیش‌گرم می‌شود. در کنار گاز برگشتی، هوا و گاز طبیعی نیز در ناحیه بازیافت حرارتی، پیش گرم شده و وارد ریفرمر می‌شوند.‌کهزاد درباره ظرفیت کارخانه‌های (پلنت) بخش احیا توضیح داد: کارخانه‌های احیا به روش میدرکس از آغاز بکارگیری این روش، واحدهای سری 400 هستند. به‌معنای اینکه محصول سالیانه آنها 400 هزار تن می‌باشد. نخستین واحدهایی که در فولاد خوزستان از همین سری نصب و راه‌اندازی شدند، ظرفیت سالیانه سه کارخانه، یک میلیون و دویست هزار تن بوده است. این واحدها در سال‌های 75، 76 و 77 به ترتیب بازسازی و نوسازی گشته و با افزایش ظرفیت 150 هزارتُن، نرخ تولید ساعتی هرکدام از آن ها به 73 تن ودر مقیاس سالیانه به 550 هزارتن رسید.

وی افزود: پس از سری 400، سری 600 ، و پس از آن مگامدول به تکنولوژی میدرکس افزوده شد. سری‌های 600 بنا بر تغییراتی که در قسمت‌های مختلف پلنت داده می‌شود، از حداقل 600 هزار تا حداکثر یک میلیون تن قابلیت تولید دارند. بر این اساس واحد زمزم یک که نخستین کارخانه میدرکس بومی‌سازی شده در ایران بود، در سال 81 با کمک مهندسین داخلی و بدون کمک شرکت‌های خارجی طراحی، ساخت و راه‌اندازی شد. این کارخانه در آغاز با ظرفیت اولیه 600 هزار تن طراحی گشته، اما در زمان اجرا با ایجاد تغییرات به 800 هزار تن ارتقا یافته و به بهره‌برداری رسید. پس از آن در سال 87  زمزم2 از سری 600 با ظرفیت تولید سالیانه 925 هزارتن راه‌اندازی شد.

مدیر بخش احیا درباره بالا بردن ظرفیت کارخانه‌های بخش احیا تصریح نمود: اقدام ویژه‌ای که دربخش احیا  شرکت فولاد خوزستان انجام شد، بالا بردن ظرفیت واقعی این کارخانه‌ها نسبت به ظرفیت اسمی آنها بوده است و بدین ترتیب کارخانه‌های قدیمی این بخش که براساس نرخ تولید 73 تن در ساعت طراحی شده بودند ، با انجام برخی اصلاحات و همچنین اضافه کردن تجهیزات سولفورزدا به تولید 85 تا 88 تن درساعت رسیدند. طراحی واحد زمزم یک برای تولید 105 تن بدون تزریق اکسیژن و 115 تن با تزریق اکسیژن بوده که این واحد نیز در حال حاضر میانگین تولید 115 تن در ساعت بدون تزریق اکسیژن و 122 تن در ساعت  با تزریق اکسیژن در حال کار می باشد. در واحد زمزم 2 نیز که بر اساس تولید 115 تن بدون تزریق اکسیژن و 125 تن در ساعت با تزریق اکسیژن بوده، بدون اکسیژن تا 120 تن در ساعت  و با اکسیژن تا 130 تن در ساعت تولید می نماید.

‌کهزاد درباره رکوردهای تولید ثبت شده در سه ماهه نخست سال جاری اظهار داشت: با تلاش همکاران این بخش تا پایان خردادماه سال جاری یک میلیون و 72 هزار و 254 تن مجموع تولید آهن اسفنجی بوده که نسبت به برنامه تولید 7/3 تن بیش‌تر بوده و در مقایسه با زمان مشابه در سال گذشته 2/16 درصد افزایش تولید بوده است. البته بخشی از این مقدار افزایش تولید نسبت به سال گذشته به اردیبهشت ماه سال قبل باز می‌گردد که به‌خاطر محدودیت در مصرف گاز به ناچار تناژ تولید به 50 درصد کاهش یافت. همچنین مقدار تولید تا 11 تیرماه نیز یک میلیون و 177 هزار و 596 تن بوده که 7/2 درصد از برنامه تولید سال بیشتر بوده است.

وی افزود: بیشترین رکورد تولید سالیانه در سال 96 با رقم 3 میلیون و 993 هزار و 263 تن انجام شد و بیشترین رکورد تولید ماهانه در فروردین سال 96 با تولید 365 هزار و 496 تن بدست آمد و بیشترین رکورد تولید روزانه با تولید 12 هزارو 692 تن در دی‌ماه سال 97 اتفاق افتاده است.

مدیر بخش احیا در پایان سخنان خود با تشکر از کارکنان این بخش اذعان داشت ،تولید آهن اسفنجی گلوگاه فولاد خوزستان به‌شمار می‌آید، با توجه به پایین بودن ظرفیت کارخانه‌های بخش احیا نسبت به نیاز بخش فولادسازی نیاز است سالیانه مقدار زیادی آهن اسفنجی خریداری شود، امید است که به راه‌اندازی زمزم 3 این کمبود نیز جبران شود. اما در حال حاضر نیروهای بخش احیا فشار زیادی را برای حفظ حداکثر تولید و کاهش نیاز به خرید آهن اسفنجی تحمل می‌نمایند. بر این اساس زحمات کارکنان بخش احیا قابل تقدیر است که این رسالت را به خوبی درک نموده و در فصل گرما و شرایط طاقت فرسا برای به ثمر رساندن آن تلاش می‌نمایند.