معرفی فرآیند ترکیبی احیای ذوبی هیدروژنی آهن؛ Hy4Smelt

به گزارش می‌متالز، واضح است که تقاضای جهانی برای سنگ آهن و فولاد برای سال‌های آینده به قوت خود باقی خواهد ماند، اما بااین‌حال نیاز جوامع پیشرفته به صنعت پاک‌تر و سبزتر با تکیه‌بر انرژی سبز امری بسیار مهم است تا انتشار گاز‌های گلخانه‌ای قدم‌به‌قدم حذف شود. در این راستا شرکت وستالپین (voestalpine) برنامه روشنی برای کربن‌زدایی تولید فولاد با برنامه مدونی به نام گرین‌تک‌استیل (greentec steel) دارد. اولین قدم مهم، تغییر تدریجی مسیر کوره بلند به مسیر فولادسازی هیبریدی-الکتریکی از سال ۲۰۲۷ است. در درازمدت، مأموریت تعریف‌شده شامل تولید فولاد بدون ردپای کربن با استفاده از هیدروژن سبز است که تحقیقاتِ فشردۀ در حال انجام برای دست‌یابی به پیشرفت در این زمینه بسیار امیدوارکننده است. فناوری‌های جدید با تعریف پروژه مشترک با Primetals Technologies و شرکت تولیدکننده و صادرکننده سنگ آهن فرتسکیو (Fortescue)، مسیر جدیدی را برای دست‌یابی به هدف تولید فولاد بدون CO۲ تا سال ۲۰۵۰ طی می‌کنند. این پروژه‌ها گامی تعیین‌کننده برای گذار به تولید فولاد سبز به شمار می‌روند.

این شرکت فولادسازی اتریشی در پلنت استال دوناویتز جی‌ام‌بی‌ای (Stahl Donawitz GmbH) به همراه شرکت توسعه تکنولوژی پریمتالز (Primetals) و شرکت تخصصی متالورژی کی‌وان-مت (K۱-MET) و تیم تحقیقاتی دانشگاه لیوبن (Leoben) شرکای اصلی پروژه تولید فولاد خام از کنسانتره سنگ آهن از مسیری سازگار با زیست محیط و بدون ردپای کربن هستند. همچنین مسوولیت اصلی شرکت فرتسکیو به‌عنوان یکی دیگر از شرکای استراتژیک پروژه جدید، ارائه دانش در مورد کیفیت و آماده‌سازی سنگ آهن است. علاوه‌براین، فرتسکیو سنگ آهن‌های مختلف را برای کارخانه جدید احیای هیدروژنی تأمین خواهد کرد. قسمت آهن‌سازی این پروژه (با نام تجاری HYFOR) قبلاً معرفی شده است که از پایلوت آزمایشگاهی در مرکز تحقیقات دانشگاهی آغاز شده و پس از بهینه‌سازی پارامتر‌ها در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت پلنت احیای هیدروژنی نرمه کنسانتره در پلنت وستالپین طراحی، ساخته و راه‌اندازی شد. در حال حاضر این پایلوت پلنت به‌صورت تولید منقطع (discontinues operation) فعال بوده و با استفاده از مواد اولیه نرمه کنسانتره (بدون فرآیند آگلومراسیون) در حال تولید ۲۰۰ کیلوگرم HBI (بریکت گرم آهن اسفنجی) در ساعت است. بررسی تأثیر پارامتر‌های مختلف فرآیند و مواد اولیه (نوع و عیار کنسانتره) بر روی نتیجه محصول تولیدی و بهینه‌سازی پارامتر‌های برای تولید صنعتی تجربیات بسیار ارزشمند و غیرقابل‌توصیفی است که از کار روی این پایلوت پلنت حاصل شده‌اند.

هیدروژن مورداستفاده در کارخانه جدید Hy۴Smelt (هم در احیا و هم در احیای ذوبی) عمدتاً از مشارکت شرکت‌های ورباند (Verbund) و وستالپین به‌عنوان تولیدکننده پیشرو انرژی تجدیدپذیر در اتریش که توسعه‌دهنده الکترولیز غشای تبادل پروتون (PEM) در پروژه‌ای به نام H۲Future هستند تأمین می‌شود. در ادامه و در فاز صنعتی این پروژه و در ادامه چرخه تولید فولاد خام سبز، مسیر فرآیندی طوری طراحی شده است که محصول بریکت گرم آهن اسفنجی از واحد HYFOR مستقیماً به واحد احیای ذوبی (smelter) ارسال شود. محصول این فرآیند احیای ذوبی نوین و تازه طراحی شده چیزی شبیه چدن مذاب (pig iron) است که در ادامه فرآیند تولید می‌تواند در کوره کنورتور (LD) به فولاد خام تبدیل شود. قرار است در کارخانه Linz یک پایلوت پلنت احیای ذوبی مدرن که فرآیند تولید آن به‌صورت پیوسته است با ظرفیت تولید ۴ تن چدن مذاب در ساعت احداث گردد. فناوری جدید Smelter که توسط شرکت پریمتالز تکنولوژی (Primetals Technologies) توسعه یافته است یک کوره احیای ذوبی است که با انرژی الکتریکی کار می‌کند. این کوره برای ذوب و احیای نهایی آهن اسفنجی (DRI) بر پایه سنگ معدن آهن با عیار پایین استفاده می‌شود. به این ترتیب، محصول آن چدن مذاب سبز است (کل فرآیند‌های Hy۴Smelt جایگزین کوره بلند-کک سازی-سینترسازی هستند) که برای کارخانه فولادسازی تولید می‌شود؛ بنابراین فرآیند Hy۴Smelt ترکیب فرآیند احیای هیدروژنی HYFOR و پلنت احیای ذوبی (smelter) است که با ترکیب تکنولوژی‌های مدرن مسیر فولادسازی بدون ردپای کربن را توسعه می‌دهد. در این مسیر برخلاف مسیر فولادسازی کوره قوس الکتریکی یا EAF، کوره احیای ذوبی تحت شرایط احیایی در دمای ذوب کار می‌کند و بنابراین می‌تواند سنگ‌های معدنی آهن‌دار با محتوای آهن پایین‌تر را نیز پردازش کند (اصطلاحاً سنگ‌های با عیار پایین و متوسط). جالب اینکه این سنگ‌های معدن با عیار پایین و متوسط حدود ۸۵ درصد از کل منابع سنگ آهن کشف‌شده در جهان را تشکیل می‌دهد. استفاده از این منابع در مقیاس صنعتی برای صرفه اقتصادی بیشتر در کنار مسیری بدون انتشار CO۲ به این فرآیند مزایای قابل‌توجهی را در رقابت جهانی در زمینه بهره‌برداری از مواد خام اعطا می‌کند. قابل‌ذکر است که فقط ذخایر بسیار کمیاب سنگ معدنی با عیار بالا را می‌توان به‌عنوان مواد اولیه آهن‌دار برای مسیر احیا مستقیم با محصول آهن اسفنجی (DRI) یا آهن اسفنجی بریکت‌شده داغ (HBI) استفاده کرد که در فرآیند بعدی فولادسازی همراه با قراضه، یک ماده ورودی مهم برای استفاده مستقیم در کوره EAF هستند. این مسیر تولید فولاد کلاسیک در دنیا به DRI-EAF معروف است. به‌عنوان یک امتیاز اضافی، سرباره حاصله تولیدشده در فرآیند Hy۴Smelt می‌تواند به‌عنوان یک جایگزین خنثی از کربن برای ماده کلینکر در صنعت سیمان استفاده شود، با خواصی بسیار مشابه درست مانند سرباره فرآیند کوره بلند.

منبع: پایگاه خبری - تحلیلی ایراسین