مدیرعامل شرکت مهندسین مشاور پیشگامان فولاد جنوب گفت: تکنولوژی تولید فولاد در ایران با توجه به وجود منابع گاز طبیعی انتخاب شده است. با این حال، در سال‌های اخیر کمبود گاز در ماه‌های سرد سال و محدودیت مصرف و قطعی برق در ماه‌های گرم سال، موجب توقف تولید در واحدهای فولادسازی و در نتیجه ایجاد خسارت جبران‌ناپذیری برای واحدهای تولیدی صنعت فولاد شده است؛ در حالی که نگهداشت و افزایش تولید گاز طبیعی نیازمند بیش از ۸۰ میلیارد دلار سرمایه‌گذاری است. از سوی دیگر، حجم ذخایر کشف‌ شده معادن سنگ‌آهن با عیار مناسب حداکثر تا ۲۰ سال آینده می‌تواند خوراک واحدهای تولید فولاد کشور را تامین کند. بنابراین  استفاده از تکنولوژی‌های جدید یکی از راهکارهای عبور از چنین شرایطی است.

به گزارش پایگاه خبری و تحلیلی «فلزات آنلاین»، محمدرضا پاکباز طی گزارشی به بررسی تکنولوژی تولید فولاد به روش «Hismelt» پرداخت و گفت: سهم صنعت فولاد از انتشار کل گازهای گلخانه‌ای در جهان ۷ درصد است و این صنعت به عنوان یکی از بزرگ‌ترین عوامل تاثیرگذار در تغییرات آب‌وهوایی جهان شناخته می‌شود. مطابق معاهده بین‌المللی پاریس، همه کشورها ملزم به کاهش تولید و انتشار گاز دی‌اکسیدکربن «CO₂» هستند که این مسئله تولیدکنندگان فولاد را به سمت یافتن راهکارهایی برای تولید فولاد سبز هدایت کرده است. بنابراین تعهدات کاهش آلودگی صنعت و رویکردهای صنعت سبز، سرمایه‌گذاری لازم برای ایجاد تغییرات مورد نیاز و دستیابی به تولید فولاد سبز را ضروری می‌کند. به همین دلیل، به نظر می‌رسد که صنعت فولاد آماده تغییرات گسترده در سال‌های آینده است.

با توجه به موارد مذکور، گروه فولاد خوزستان در پی یافتن راهکارها و تکنولوژی‌های مناسب و متحولانه در صنعت فولاد بوده و در این خصوص تکنولوژی «HIsmelt» مورد توجه این گروه عظیم صنعتی قرار گرفته است. در این تکنولوژی، فولاد بدون نیاز به برق و گاز طبیعی و با مصرف زغال‌سنگ و سنگ‌آهن در کوره فولادسازی تولید می‌شود و فرایند تولید نیازی به کارخانه‌های گندله‌سازی و احیای مستقیم ندارد. بنابراین تکنولوژی «HIsmelt» روش مناسبی برای تولید فولاد در آینده به نظر می‌رسد.

تاریخچه‌ای از تکنولوژی «HIsmelt»

تکنولوژی «HIsmelt» مخفف «High Intensity Smelting» به معنای ذوب با شدت بالاست. در این تکنولوژی، فرایند احیای گداخته برای تولید آهن مذاب «Hot Metal» به طور مستقیم از نرمه‌های سنگ‌آهن یا هر خوراک آهنی مناسب مانند لجن اسفنجی، نرمه گندله، پوسته اکسیدی، ضایعات آهنی و… انجام می‌شود و زغال‌سنگ نیز ماده احیاکننده و منبع انرژی است. ساخت و بهره‌برداری اولین کارخانه آزمایشی «SSPP» (تقریبا یک تن در ساعت هات‌متال) با تکنولوژی «HIsmelt»، با همکاری شرکت «Kloeckner» در آلمان طی سال‌های ۱۹۸۲ تا ۱۹۸۶ انجام شد. شرکت ریوتینتو نیز در سال ۱۹۹۰ با شرکت کوبه استیل برای طراحی، ساخت و راه‌اندازی «HRDF» (تولید ۱۰ تن در ساعت هات‌متال) در «Kwinana» استرالیای غربی همکاری کرد. این شرکت در سال ۱۹۹۶ «SRV» را به یک طراحی ثابت و عمودی تغییر داد. نتایج حاصل از «SRV» عمودی از سال ۱۹۹۷ تا ۱۹۹۹ مثبت بود. بنابراین شرکت ریوتینتو در سال ۲۰۰۰ تصمیم به ساخت یک کارخانه با تکنولوژی «HIsmelt» در مقیاس تجاری و ظرفیت تولید ۱۰۰ تن در ساعت هات‌متال در کوینانا گرفت و در سال بعد با مشارکت شرکت‌های «Nucor Steel»، «Mitsubishi» و «Shougang Steel» در این خصوص اقدام کرد. این کارخانه (HKJV) طی سال‌های ۲۰۰۳ تا ۲۰۰۵ ساخته شد و طی سه سال (از سال ۲۰۰۵ تا ۲۰۰۸) حدود ۴۰۰ هزار تن چدن تولید کرد و چدن تولید شده به شرکت‌های دارای کوره‌ قوس الکتریکی در آسیا و ایالات متحده آمریکا تحویل داده شد.

هم‌زمان با بحران مالی جهانی در سال ۲۰۰۸، فعالیت کارخانه (HKJV) برای چند سال متوقف شد. شرکت ریوتینتو در سال ۲۰۱۲، توافقنامه‌ای را با شرکت ماشین‌آلات نفتی مولونگ «Molong Petroleum Machinery» برای حمل بخشی از تجهیزات کارخانه از کوینانا به چین، حمایت از مولونگ در طول مهندسی و ساخت کارخانه جدید با تکنولوژی «HIsmelt» و آموزش پرسنل مولونگ برای بهره‌‎برداری و نگهداری کارخانه امضا کرد. ساخت این کارخانه در سال ۲۰۱۳ آغاز شد و در سال ۲۰۱۶ به بهره‌برداری رسید. حقوق مالکیت معنوی کارخانه در سال ۲۰۱۷ توسط ریوتینتو به مولونگ فروخته شد. کارخانه «HIsmelt» مولونگ از سال ۲۰۱۶ تا ۲۰۲۰ حدود دو میلیون تن هات‌متال را با هزینه‌ای کمتر از کوره بلندهای این شرکت تولید کرد و هم‌اکنون این کارخانه به دلیل مشکلات اقتصادی تعطیل است. در حال حاضر پروژه‌های ساخت بیش از ۱۰ کارخانه با تکنولوژی «HIsmelt» در نقاط مختلف دنیا از جمله چین، آمریکای شمالی، اروپا و استرالیا با ظرفیت تولید سالانه دو میلیون تن هات‌‎متال در دست اقدام است.

بررسی فنی تکنولوژی «HIsmelt»

قلب تکنولوژی «HIsmelt»، مخزن احیای گداخت «Smelt Reduction Vessel» است که (SRV) نامیده می‌شود. مخزن احیای گداخت شامل یک مخزن تحت فشار فولادی دارای پانل‌های خنک‌شونده به وسیله آب در اطراف پوسته داخلی مخزن و سقف است. در زمان بهره‌برداری، این مخزن حاوی حمام آهن مایع (هات‌متال) در دمای حدود یک هزار و ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد است و لایه‌ای از سرباره مذاب بر روی هات‌متال قرار دارد. نرمه سنگ‌آهن خشک، آهک و دولومیت و زغال‌سنگ غیرکک‌شو، به صورت نیوماتیکی توسط لنس به درون حمام هات‌متال تزریق می‌شوند.

سپس دمش هوای داغ «Hot Air Blast» در دمای یک هزار و ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد و غنی‌ شده با اکسیژن ۴۰ درصد، توسط کوره‌های دمش گرم، تامین و به وسیله لنس به مخزن احیای مذاب تزریق می‌شود تا پس‌احتراق در آن انجام شود. واکنش احیای ذوب بین اکسیدهای آهن و کربن، حجم زیادی از گازهای قابل احتراق تولید می‌کند که از حمام هات‌متال فوران و حجم زیادی از قطرات سرباره را به فضای بالای (SRV) پرتاب می‌کند. در این فضا، پس‎احتراق گاز خروجی توسط (HAB) شعله‌ای با دمای زیاد در بالای سطح سرباره، ایجاد و انرژی حاصل از شعله به قطرات سرباره منتقل می‌شود که گرمای خود را به منطقه ذوب گرماگیر در هات‌متال منتقل می‌کند. هات‌متال مایع در قسمت تحتانی (SRV) از طریق یک هم‌باره «Forehearth» خارج و توسط پاتیل‌های نسوز جمع‌آوری و به کارخانه فولادسازی یا به ماشین‌های ریخته‌گری چدن منتقل می‌شود.

گانگ سنگ‌آهن و خاکستر زغال‌سنگ درون سرباره مایع ذوب می‌شوند که به طور متناوب از دریچه سرباره «Slag notch» از (SRV) خارج می‌شود. سرباره به طور کامل از مخزن تخلیه نمی‌شود زیرا لایه سرباره، هات‌متال را از اکسیژن موجود در (HAB) ایزوله می‌کند و در نتیجه اکسیداسیون آهن را به (FeO) کاهش می‌دهد. گاز خروجی از (SRV) توسط یک هود بویلر تابشی از یک هزار و ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد به ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد خنک می‌شود و تا حدودی در سیکلون‌های داغ تصفیه و سپس از طریق یک سیستم بویلر هم‌رفتی تا دمای ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد خنک می‌شود. بویلرهای تابشی و هم‌رفتی، بخار اشباع تولید می‌کنند که این بخار به یک مخزن بخار جریان می‌یابد.

گاز خروجی از بویلر هم‌رفتی به وسیله اسپری‌های آب، شست‌وشو و خنک شده و برای سوخت کوره‌های هوای داغ و بویلر گازی استفاده می‌شود. در بویلر گازی، گاز اضافی مخزن احیای گداخت سوزانده شده و بخار اشباع‌ شده از بویلرهای تابشی، هم‌رفتی و گازی را فوق گرم می‌کند. این بخار فوق گرم به سمت توربین‌های بخار جریان می‌یابد که قدرت کافی برای راه‌اندازی کارخانه «HIsmelt»، تجهیزات جانبی و ارسال برق اضافی به شبکه را تولید می‌کند. گازهای خروجی از بویلر گازی و کوره‌های هوای گرم به وسیله دوغاب آهک شست‌وشو می‌شود تا سولفور موجود در گاز قبل از تخلیه به اتمسفر حذف شود.

یک راهکار استراتژیک

به طور کلی هزینه سرمایه‌گذاری «CapEx» برای کارخانه‌ای با ظرفیت تولید سالانه ۸۰۰ هزار تن هات‌متال شامل تجهیزات، حدود ۲۱۶ میلیون دلار خواهد بود. هزینه‌های اعلام‌ شده بر اساس ساخت کلیه تجهیزات کارخانه از چین است. با توجه به امکان ساخت حجم زیادی از تجهیزات در داخل کشور، مقدار قابل‌توجهی از هزینه‌های سرمایه‌گذاری مذکور کاسته می‌شود. این در حالی است که تولید یک میلیون تن آهن‌ اسفنجی به ۲۴۵ میلیون دلار سرمایه‌گذاری نیاز دارد و هزینه بهره‌برداری «OpEx» برای کارخانه با ظرفیت ۸۰۰ هزار تن در سال به ازای تولید هر تن هات‌متال، حدود ۳۲۰ دلار آمریکا است. علاوه بر هزینه سرمایه‌گذاری و هزینه بهره‌برداری مناسب‌تر تکنولوژی «Hismelt»، عوامل پیشبردی این تکنولوژی به عنوان روش جایگزین برای تولید آهن‌ اسفنجی در مقایسه با کوره بلند شامل امکان استفاده از مواد خام ارزان‌تر و فراوان‌تر مانند زغال‌سنگ غیرکک‌شو و سنگ‌آهن غیرآگلومره، اقتصادی بودن کارخانه‌های با ظرفیت پایین، کاهش مشکلات زیست‌محیطی به سبب حذف کک‌سازی و کارخانه‌های زینتر یا گندله‌سازی و انعطاف در بهره‌برداری است.

بیش از ۹۰ درصد فولاد در کشور به روش کوره‌ قوس‌الکتریکی تولید می‌شود. بنابراین کیفیت آهن‌ اسفنجی در سال‌های آینده، نقش اساسی در قیمت تمام‌ شده فولاد خواهد داشت. در حال حاضر عیار متوسط گندله در ایران حدود ۶۵٫۵ درصد است اما روند کاهشی عیار سنگ‌آهن معادن کشور بر افزایش قیمت عملیاتی و تمام‌ شده فولاد در کوره‌های قوس الکتریکی تاثیر بسزایی دارد. در صورت راه‌اندازی پلنت با تکنولوژی «HIsmelt» در ایران، می‌توان از سنگ‌آهن با عیار پایین و حتی غبار و لجن کارخانه‌های میدرکس را که قیمت پایینی دارند، استفاده کرد. علاوه‌براین، امکان استفاده از ضایعات کوره قوس الکتریکی که حدود ۳۰ درصد (FeO) و مقادیر قابل ملاحظه‌ای آهک دارند، نیز فراهم می‌شود. استفاده از زغال‌سنگ حرارتی (غیرکک‌شو) که ظرفیت کشف‌شده آن در کشور بیش از چهار میلیارد تن برآورد می‌شود، به وسیله این تکنولوژی امکان‌پذیر خواهد شد.

در حال حاضر شرکت «Magnum Mining & Exploration» استرالیا در حال انعقاد قرارداد و استفاده از تکنولوژی «HIsmelt» در شرکت «Midmetal» عربستان سعودی با به‌کارگیری کنسانتره سنگ‌آهن معدن بوئنا ویستا واقع در نوادای آمریکا و ضایعات کارخانجات فولادی به عنوان خوراک و استفاده از «Biochar» (زیست‌توده) به جای زغال‌سنگ برای تولید چدن سبز (با گاز کربنیک صفر) است. با توجه به وجود ضایعات نیشکر در استان خوزستان می‌توان از باگاس نیشکر به عنوان زیست‌توده، استفاده و هم‌زمان مشکلات زیست‌محیطی ناشی از سوزاندن ضایعات نیشکر و انتشار کربن حاصل از فرآیند فولادسازی را برطرف کرد. تحقیقات و پیش‌بینی‌های صورت‌گرفته در خصوص روند آینده تولید فولاد در جهان نشان می‌دهد که دو تکنولوژی احیای مستقیم با استفاده از هیدروژن و احیای گداخته در آینده بیش از سایر تکنولوژی‌ها مورد توجه قرار می‌گیرند.

بنابراین با توجه به محدودیت‌های رو به افزایش مصرف گاز طبیعی و کاهش عیار سنگ‌آهن موجود در کشور از یک سو و وجود حجم عمده‌ای از انواع باطله و ضایعات فلزی (لجن اسفنجی، نرمه گندله، پوسته اکسیدی و …) از سوی دیگر، سرمایه‌گذاری در استفاده از تکنولوژی «HIsmelt» را توجیه‌پذیر می‌کند.

نمودار ۱٫ هزینه سرمایه‌گذاری کارخانه‌‌ای با فناوری «HILsmelt»

انتهای پیام//