مقالۀ علمی-تحلیلی:

تکنولوژی PERED (Persian Reduction) به کار گرفته شده در طراحی و ساخت پروژه مگامدول آهن اسفنجی بیجار، یک فناوری ایرانی برای تولید آهن اسفنجی به روش احیای مستقیم (Direct Reduction) است که توسط شرکت MME توسعه یافته و به‌عنوان یکی از فناوری‌های پیشرفته در این حوزه شناخته می‌شود. این فناوری با هدف افزایش راندمان تولید، کاهش مصرف انرژی و بهینه‌سازی عملکرد کوره‌های احیای مستقیم طراحی شده است. در این روش، برخلاف فرآیند کوره بلند که سنگ‌آهن ابتدا ذوب و سپس احیا می‌شود، سنگ‌آهن بدون رسیدن به نقطه ذوب و تنها از طریق حذف اکسیژن موجود در اکسیدهای آهن، به آهن فلزی تبدیل می‌شود. محصول حاصل از این فرآیند به دلیل ساختار متخلخل خود «آهن اسفنجی» یا DRI (Direct Reduced Iron) نام دارد و ماده اولیه اصلی برای تولید فولاد در کوره‌های قوس الکتریکی محسوب می‌شود.

خوراک اصلی فرآیند PERED، گندله‌های سنگ‌آهن یا سنگ‌آهن دانه‌بندی‌شده با عیار بالا است. این مواد از قسمت بالای کوره شفتی وارد راکتور می‌شوند و تحت تأثیر جریان گازهای احیاکننده که از پایین کوره تزریق می‌شوند، به تدریج احیا می‌گردند. گاز احیاکننده عمدتاً از هیدروژن (H₂) و مونوکسید کربن (CO) تشکیل شده است و از تبدیل گاز طبیعی در واحدی به نام ریفرمر (Reformer) تولید می‌شود. در ریفرمر، گاز طبیعی در دمای بالا و در حضور بخار آب و گاهی دی‌اکسید کربن، طی واکنش‌های اصلاح بخار (Steam Reforming) و اصلاح خشک (Dry Reforming)، به مخلوطی از هیدروژن و مونوکسید کربن تبدیل می‌شود. این گازها نقش اصلی را در حذف اکسیژن از اکسیدهای آهن بر عهده دارند.

در داخل کوره شفتی، حرکت مواد جامد و گاز به صورت خلاف جهت (Counter Current) انجام می‌شود؛ یعنی گندله‌ها از بالا به سمت پایین حرکت می‌کنند، در حالی که گازهای احیاکننده از پایین به سمت بالا جریان دارند. این آرایش باعث می‌شود که انتقال حرارت و انتقال جرم با راندمان بالایی صورت گیرد و از انرژی موجود در گازها حداکثر استفاده شود. در طول مسیر، اکسیدهای آهن به‌ترتیب از هماتیت (Fe₂O₃) به مگنتیت (Fe₃O₄)، سپس به ووستیت (FeO) و در نهایت به آهن فلزی (Fe) تبدیل می‌شوند. واکنش‌های اصلی احیا عبارت‌اند از:

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O

در پایان این واکنش‌ها، محصولی با درصد بالایی از آهن فلزی و ساختاری متخلخل به دست می‌آید که دارای متالیزاسیون حدود ۹۲ تا ۹۶ درصد است. همچنین مقدار مشخصی کربن در محصول باقی می‌ماند که برای ذوب در کوره قوس الکتریکی مفید بوده و موجب کاهش مصرف انرژی در مرحله فولادسازی می‌شود.

یکی از ویژگی‌های مهم فناوری PERED، طراحی بهینه سیستم گردش و توزیع گاز در کوره است. در این فناوری، گاز احیاکننده به‌صورت یکنواخت در سطح مقطع کوره توزیع می‌شود و این امر از تشکیل نواحی با احیای ناقص یا نقاط مرده جلوگیری می‌کند. در نتیجه، کیفیت آهن اسفنجی تولیدی یکنواخت‌تر بوده و راندمان احیا افزایش می‌یابد. علاوه بر این، گازهای خروجی از کوره پس از حذف گردوغبار، بخار آب و بخشی از دی‌اکسید کربن، دوباره گرم شده و به چرخه فرآیند بازگردانده می‌شوند. این بازیافت گاز سبب کاهش مصرف گاز طبیعی، افزایش بهره‌وری انرژی و کاهش هزینه‌های تولید می‌شود.

آهن اسفنجی تولیدشده در انتهای فرآیند دمایی در حدود ۶۵۰ تا ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد دارد. بسته به نیاز واحد فولادسازی، این محصول می‌تواند به صورت گرم مستقیماً به کوره قوس الکتریکی منتقل شود، یا پس از خنک شدن ذخیره گردد. همچنین در صورت نیاز به حمل‌ونقل یا صادرات، آهن اسفنجی تحت فشار به بریکت گرم (Hot Briquetted Iron یا HBI) تبدیل می‌شود تا خطر اکسید شدن و اشتعال خودبه‌خودی آن کاهش یابد.

فناوری PERED از نظر اصول کلی عملکرد شباهت زیادی به فناوری‌های شناخته‌شده‌ای مانند MIDREX و Energiron (HYL) دارد، اما در طراحی داخلی کوره، سیستم توزیع گاز، بازیافت گازهای خروجی و کاهش افت فشار، بهینه‌سازی‌هایی انجام شده است که موجب کاهش مصرف انرژی و افزایش راندمان فرآیند می‌شود. این فناوری به‌ویژه برای کشورهایی که به منابع فراوان گاز طبیعی دسترسی دارند، از نظر اقتصادی بسیار مناسب است و در عین حال نسبت به روش سنتی کوره بلند، انتشار دی‌اکسید کربن کمتری دارد و با الزامات زیست‌محیطی سازگارتر است.

در مجموع، فناوری PERED را می‌توان یکی از موفق‌ترین دستاوردهای مهندسی ایران در صنعت احیای مستقیم دانست. این فناوری با بهره‌گیری از طراحی پیشرفته کوره شفتی، استفاده بهینه از گاز طبیعی، بازیافت مؤثر انرژی و تولید آهن اسفنجی با کیفیت بالا، نقش مهمی در توسعه صنعت فولاد و کاهش هزینه‌های تولید ایفا می‌کند و امروزه در واحدهای مختلف فولادسازی داخل و خارج از ایران مورد استفاده قرار گرفته است.

شرکت صنایع فولاد کردستان مفتخرست که در فرایند طراحی و ساخت پروژه مگامدول آهن اسفنجی واقع در شهرستان بیجار، از فناوری فوق‌الذکر استفاده نموده و با تلاش مستمر مدیریت و تمامی واحدهای شرکت، پیمانکار پروژه تاکنون موفق به پیشرفت فیزیکی بالای 68 درصد شده است که مطابق برنامه‌ریزیهای کلان جاری، برای پایان سال، این عدد نزدیک به 90 درصد بیشتر خواهد بود. 

============

برای مشاهده تصاویر و فیلمهای مرتبط با پروژه، به لینک زیر مراجعه نمایید:

پروژه آهن اسفنجی بیجار

===============

صفحه ما در آپارات:

آپارات شرکت صنایع فولاد کردستان