فرآیندهای حفاظت از آهن اسفنجی

بر اساس برنامه حمل و نقل و مصرف DRI در واحد فولادسازی، فرآیند های متعددی جهت کاهش نرخ اکسایش آن وجود دارد که عبارتند از: حفاظت در سیلو به وسیله گاز خنثی، حفاظت طبیعی در انبار سرپوشیده، حفاظت توسط سیلیکات سدیم، حفاظت از طریق پوشش با آهک و بریکت­ سازی.

اساس فرآیندهای حفاظت در سیلو، پسیو کردن آهن اسفنجی است. پسیو کردن بدین صورت انجام می ­شود که با اکسیداسیون جزئی DRI، لایه ­ای اکسیدی در سطح ایجاد شده که از ادامه اکسیداسیون ممانعت به عمل خواهد آورد. این روش ­ها در صورتی می ­توانند به طور مطلوب وظیفه محافظت را انجام دهند که آهن اسفنجی جابجا نشود، زیرا هرگونه جابجایی و ایجاد سایش احتمالی باعث کنده شدن پوسته اکسیدی، افزایش نرمه تولیدی و افت درجه فلزی DRI خواهد شد.

روش ­های حفاظت با سیلیکات سدیم و یا پوشش­ دهی با آهک، با ایجاد یک لایه محافظ بر روی آهن اسفنجی باعث کاهش فعالیت شیمیایی آن می­ شوند. اما در صورت جابجایی DRI، به دلیل عدم چسبندگی مناسب پوشش ایجاد شده با سطح آهن اسفنجی، امکان کنده ­شدن آنها و قرار گرفتن سطح آزاد در تماس با هوا و وقوع اکسیداسیون وجود دارد. از طرف دیگر استفاده از سیلیکات سدیم و آهک باعث افزایش قابل ­توجه هزینه ­های اقتصادی این فرآیندها می ­گردد.

به طور کلی در روش ­های غیر از بریکت­ سازی، از آنجا که اساس فرآیند، ایجاد لایه محافظ بر روی سطح آهن اسفنجی بوده و از طرفی، پوشش ­های ایجاد شده استحکام مکانیکی و مقاومت کافی در مقابل سایش و جابجایی را ندارند، نمی ­توانند راهکارهای مؤثری جهت حفاظت آهن اسفنجی محسوب شوند. از طرف دیگر، این روش­ ها تغییری در دانسیته و سطح ویژه آهن اسفنجی ایجاد نمی کنند، بدین ترتیب با کنده­ شدن پوشش محافظ، سطح فعال آهن اسفنجی در معرض محیط قرار گرفته و دچار اکسایش خواهد شد. در مجموع، این فرآیندها نمی ­توانند عامل مؤثری جهت جلوگیری از افت درجه فلزی آهن اسفنجی در حین عملیات ذخیره­ سازی و حمل و نقل به حساب آیند.

بریکت ­سازی مؤثرترین راهکار کاهش نرخ اکسیداسیون آهن اسفنجی در حین ذخیره­ سازی و حمل و نقل آن به شمار می ­رود. دلیل اصلی توسعه صنعت بریکت­ سازی آهن اسفنجی، تولید محصولی با خواص مطلوب و با قابلیت ذخیره­ سازی و جابجایی آسان بوده است. بریکت­ سازی باعث کاهش تخلخل و سطح ویژه، و افزایش دانسیته و مقاومت به سایش DRI می ­گردد. این تغییرات موجب می ­شود که نرخ اکسایش آهن اسفنجی و میزان نرمه ایجاد شده در حین حمل و نقل آن کاهش یابد که مزایای اقتصادی قابل ­توجهی در پی خواهد داشت (در شرایط یکسان، نرخ اکسایش بریکت آهن اسفنجی در حدود 60% کمتر از آهن اسفنجی است). از طرف دیگر، به دلیل افزایش قابل ­توجه دانسیته بریکت نسبت به DRI، عملکرد شارژ ورودی به کوره فولادسازی به طور چشمگیری بهبود پیدا خواهد کرد.

بریکت آهن اسفنجی بر دو نوع است، بریکت گرم آهن اسفنجی (HBI) که از دهه 70 میلادی در صنایع فولادسازی دنیا مورد استفاده قرار گرفت، و بریکت سرد آهن و کربن (CBIC) که در چند سال اخیر توسط متخصصان ایرانی ابداع شده است. با توجه به ماهیت فرآیند بریکت ­سازی گرم آهن اسفنجی و تجهیزات مورد استفاده در آن، وجود این سیستم باید در طراحی اولیه واحد احیای مستقیم پیش ­بینی شده باشد. به بیان دیگر تجهیز واحد احیای مستقیم با محصول آهن اسفنجی سرد به سیستم بریکت سازی گرم با محدودیت ­های جدی همراه بوده و از نظر اقتصادی توجیه ­پذیر نمی ­باشد. در این شرایط است که اهمیت پیدایش تکنولوژی بریکت­ سازی سرد آهن اسفنجی نمایان می ­شود. در مقایسه با (HBI) ،  (CBIC) دارای مزایایی می ­باشد که از آن جمله می ­توان به درصد کربن بالاتر و هزینه های تولید پایین ­تر اشاره نمود.

 بدین ترتیب با استفاده از این تکنولوژی در واحدهای احیای مستقیم، فرآیند ذخیره سازی و انتقال آهن اسفنجی به واحدهای فولادسازی به طور مؤثرتری انجام شده و از طرف دیگر گامی مؤثر در جهت توسعه صادرات آهن اسفنجی کشور و دستیابی به بازارهای جهانی برداشته خواهد شد.