طرح احداث و بهره برداری از واحد گندله سازی -آهن اسفنجی-ریخته گری و ورق نورد

اهمیت آهن و فولاد در توسعه جهانی به قدری است که می توان گفت آهن بنیان تمدن امروزی را تشکیل می دهد. فراوانی، قیمت پایین، قابلیت بازیافت، استحکام زیاد و همچنین قابلیت آلیاژسازی، ویژگی های متنوعی در کاربرد آن ایجاد کرده است. دامنه ی این تنوع از تولید سوزن و سنجاق تا کشتــی های عظیــم الجثـه و آسمان خراش ها گسترش دارد. از آن جا که صنعت تولید فولاد از جمله صنایع به شدت سرمایه بر و نیازمند به تکنولوژی پیش رفته است، و به دلیل تأثیر زیادی که بر روی توسعه صنعتی کشورها دارد، صنعت مادر نامیده می شود. طبق استانداردهای جهانی، تولید هر یک میلیون تن فولاد باعث اشتغال زایی مستقیم حدود هزار نفر خواهد گردید. این در حالی است که به طور متوسط، به ازای هر یک نفر که به طور مستقیم در صنعت فولاد شاغل است، ۵/۳ نفر نیز در صنایع مرتبط با آن مشغول به کار خواهد شد. از طرفی رشد صنعت فولاد در بررسی پیشرفت اقتصادی کشورها از اهمیت خاصی برخوردار بوده، میانگین سرانه ی مصرف فـولاد در هر کشور به عنوان یکی از مناسب ترین شاخص ها در جهت شناخت و رتبه بندی کشورها از بعد توسعـــه یافتــگی در نظر گرفته می شود. به عبارت دیگر مصـرف سـرانه ی فـولاد در هر کشور، با سطح سرمایه گذاری ها، اجرای طرح های عمرانی و بالاخره توسعه یافتگی کشورها رابطه ی مستقیم و معناداری دارد چراکه با افزایش درآمد سرانه که از شاخص های توسعــه محسوب می گردد، مصرف سرانه فولاد نیز افزایش می یابد. با توجه به اهمیت بالای آهن و فولاد، نقش ویژه آن در اشتغال زایی، اهمیت آن در رشد اقتصادی کشورها و نیز با توجه به مزیت های رقابتی که گفته می شود ایران از آن ها بهره مند است، افزایش تولید فولاد مورد توجه ویژه دولت قرار گرفته و برای نیل به این هدف برنامه ریزی های کلانی صورت گرفته است. با وجود آنکه گزارش ها نشان گر آن هستند که تولید آهن و فولاد در صدر رتبه بندی رقابت پذیری ایران قرار ندارند (به عنوان مثال طبق گزارش منتشره موسسه مطالعات و پژوهشهای بازرگانی در سال ۱۳۸۸، تولید آهن و فولاد در رتبه سی ام قرار گرفته است) اما وجود مزیت های زیر در ایران باعث شده افزایش تولید آهن و فولاد یکی از برنامه های اصلی و مورد توجه دولت ها باشد:
وجود منابع غنی سنگ آهن
وجود منابع غنی گاز
وجود منابغ غنی زغالسنگ حرارتی
موقعیت ممتاز جغرافیایی
وجود نیروی انسانی مورد نیاز
در این راستا، تکنولوژی های مختلف تولید آهن و فولاد مورد بررسی سازمانها، شرکتهای مشاوره، فولادسازان و غیره قرار گرفته تا بهترین راهکارها انتخاب گردند.
با توجه به یکی از معضلات اساسی کشور، یعنی کمبود آب، گروه پاترون اقدام به بررسی راهکاری جهت تولید آهن اسفنجی نموده که کمترین میزان آب ممکن را نیاز داشته باشد. در این بررسی معضلات و موضوعات دیگر از جمله موارد زیر نیز مورد توجه قرار گرفته است:

وجود معادن پراکنده، با عیارهای متفاوت در کشور وجود کارخانجات تولید فولاد در نقاط مختلف کشور که ظرفیت های عمدتا پایینی دارند و با معضل تامین مواد اولیه یعنی قراضه یا ضایعات فولاد روبرو هستند نبود زیرساخت لازم در همه نقاط کشور جهت تکمیل زنجیره تولید فولاد در مقیاس های بزرگ و بیش از ۱ میلیون تن

مسائل زیست محیطی و آلایندگی کارخانجات تولید آهن و فولاد

صنعت فولاد یکی از صنایعی است که نقش مهمی در رشد و توسعه کشورهای پیشرفته صنعتی ایفا کرده است و همواره مصرف سرانه فولاد به عنوان یکی از شاخص‌های رشد و توسعه کشورها مورد ارزیابی قرار می گیرد. در ایران این صنعت به دلیل ایجاد اشتغال، صرفه جوی، درآمد ارزی و ایجاد تحرک در صنایع پایین دستی از اهمیت بیشتری برخوردار است. باگسترش صنایع فولادسازی ایران، صنعت و اقتصاد این کشور ارتباط تنگاتنگی با این صنایع پیدا کرده است. در این نوشتار برآن شدیم تا تاریخچه ای از سیر تحولات فولادسازی در ایران را به قلم تحریر در در آوریم تا با تحولات گذشته در صنعت فولادسازی آشنایی بیشتری ایجاد شود. در سال ۱۹۲۷ میلادی، معادل با ۱۳۰۶ هجری شمسی، طرحی برای تاسیس یک مجتمع ذوب به منظور تولید ریل های مورد نیاز کشور پی ریزی شد. علاوه بر بودجه راه آهن، ۵/۴ میلیون تومان برای این هدف اختصاص داده شد. یک متخصص آلمانی برای نوشتن طرح امکان سنجی استخدام شد. سنگ آهن مناسبی در نزدیکی سمنان یافت شد، ولی هیج معدن زغال سنگی در اطراف این معدن سنگ آهن پیدا نشد. احداث این کارخانه وابسته به معدن زغال سنگ شمشک داشت که تقریبا ۱۰۰ مایل دورتر بود. پس می بایست یک راه آهن مخصوص بین معدن زغال سنگ و محل کارخانه احداث می شد. این ترس هم وجود داشت که در صورت استفاده از تمام ظرفیت، ذخایر معدن سمنان در عرض ۱۵ سال تمام شود. این پروژه تا اواخر سال ۱۹۲۸ به زمین گذاشته شد. اگرچه طرح امکان سنجی پیش بینی کرده بود که هزینه طرح دوبرابر بودجه خواهد بود که مجلس تصویب کرده بود، شرکت ژرمن کراپ که یکی از فولادسازان اصلی جهان و بازوی تولید تا اواخر جنگ جهانی دوم بود، پیش بینی کرد که هزینه طرح بسیار بیشتر می باشد.

چشم انداز صنعت فولاد

چشم انداز صنعت فولاد ایران به دلیل منابع اولیه غنی، قیمت پایین انرژی و نیروی انسانی بسیار مساعد و مطلوب است. با وجود اینکه ایران در ۲۰ سال اخیر با توسعه ظرفیت های موجود و بدون اضافه کردن ظرفیت جدیدی برای تولید فولاد، میزان واردات آن به میزان چشم گیری کاهش داده و حتی صادارت آن را ممکن کرده است. برای مثال، ایران واحد احیای مستقیم و تولید آهن با درصد فلزی۹۶ درصد که نسبت به روش های مرسوم بازده بیشتری دارد، را توسعه داده است. این روش تحت لیسانس یک شرکت ایتالیایی می باشد. مجتمع فولاد اصفحان نیز یک روش جدید برای تولید آهن اسفنجی توسعه داد.

میزان تولید کنونی و افق ۱۴۰۴

افق ۱۴۰۴ فولاد ایران برابر ۵۵ میلیون تن فولاد در سال می باشد که پیش بینی می شود که ۴۱ میلیون تن از آن در داخل کشور به مصرف برسد و ۱۴ تن از به خارج از کشور صادر گردد. طبق آمار گمرک ایران میزان تولید فولاد در سال ۱۳۹۷ برابر ۲۴ میلیون تن بوده است. حال اگر قرار باشد در افق ۱۴۰۴ حدود ۵۵ میلیون تن فولاد تولید شود باید در حدود ۱۳۵ میلیون تن سنگ‌آهن برداشت کرده و از آن ۸/۱۴ میلیون تن سنگ‌آهن دانه‌بندی، ۲/۷۷ میلیون تن کنسانتره و ۷۲ میلیون تن گندله تولید شود. براساس آمارهای منتشرشده، هم‌اکنون ظرفیت استخراج سنگ‌آهن در کشور ۴۰ میلیون تن، کنسانتره ۲۴ میلیون تن، گندله ۲۲ میلیون تن و آهن اسفنجی ۱۸ میلیون تن است.

واحد گندله سازی

گُندله یعنی گلوله‌های تولید شده از نرمه سنگ آهن و سایر مواد افزودنی که نخست خام و سپس پخته شده و سخت می‌شود، و برای احیا به روش سنتی تولید آهن در کوره بلند و یا روش‌های متعدد احیای مستقیم به کار می‌رود. از آنجایی که کنسانتره که محصول کارخانه کانه آرائی است به صورت کانه های آهن دانه ریزی می‌باشد که به این شکل فیزیکی قابل مصرف نیستند و این نرمه‌ها، تراوایی گاز را در بار کوره بلند به صورت ناموزون کاهش می‌دهند و عملکرد کوره بلند را مختل می‌کنند. و همین طور در کارخانه احیا مستقیم نیز اشکالاتی را ایجاد می‌نمایند، بنابراین نرمه‌های آهن را به صورت گندله در می‌آورند که به عنوان فراورده میانی ازمعدن تا کوره‌های تولید آهن و فولاد در نظر گرفته می‌شود. از آنجائیکه گندله‌ها ماده اولیه به شمار می‌آیند، لذا باید درکوره‌های احیا ویژگی مکانیکی، شیمیایی و حرارتی مطلوبی را داشته باشند. گندله‌ها، گویهایی تولید شده از کنسانتره‌ها و کانه‌های طبیعی آهن هستند که با ترکیبات کانی‌شناختی و شیمیایی متفاوت‌اند. درواقع هدف واحد گندله سازی تبدیل کنسانتره آهن به گندله آهنی با هندسه و تخلخل. یکنواخت است.

خواص گندله

توزیع یکنواخت ابعاد به طور عمده از ۹ تا ۱۶ میلیمتر
تخلخل زیاد و یکنواخت ۲۵ تا ۳۰ درصد
ترکیب کانی‌شناختی یکنواخت به شکل هماتیت یا ترکیبات هماتیت دار احیا شونده
استحکام مکانیکی زیاد و یکنواخت
مقاومت به سایش
استحکام مکانیکی کافی حتی در برابر تنش گرمایی در محیط های احیا کننده
قابلیت چسبندگی کم داشته باشد
اجزا سیستم گندله سازی
سیستم انتقال مواد خام
سیستم آسیاب و خردایش مواد اولیه
واحد مخلوط سازی مواد اولیه
تولید گندله خام
کوره پخت گندله
سیستم غبار گیر
سیستم تعمین آب خنک کننده
سیستم انتقال محصول نهایی
سیستم تصفیه آب
سیستم تولید هوای فشرده
آزمایشگاه

واحد تولید آهن اسفنجی

ایده اصلی در سال ۱۹۶۶ توسط دونالد بگز مطرح شد. اولین واحد آزمایشی میدرکس در ۱۹۶۷ در شرکت میلند-رز انجام گرفت. اولین واحد صنعتی میدرکس نیز در ۱۹۶۹ با ظرفیت ۱۵۰ هزار تن افتتاح شد. در ایران احداث کارخانجات تولید آهن اسفنجی به دهه ۵۰ و ۶۰ هجری شمسی در فولاد خوزستان برمیگردد. آهن اسفنجی به عنوان ماده اولیه مورد نیاز واحدهای فولاد سازی و ذوب و ریخته گری مورد استفاده قرار می گیرد. آهن اسفنجی منبعی با عیار بالا برای ساخت آهن و فولاد است که از بازیافت کانی‌ آهن طبیعی یا فرآوری شده بدون رسیدن به دمای ذوب، به دست می آید. در این روش گندله سنگ آهن که دارای عیار ۶۷% می باشد احیا گردیده و حاصل آن آهن اسفنجی (گندله متخلخل) با متالیزاسیون fe ( حدود ۹۲ درجه) بدست می آید. محصول واحد احیاء بدون گذراندن قسمت خنک کاری در کوره و با دمای در حدود ۶۰۰ درجه سانتی گراد توسط سیستم انتقال مواد ویژه به بخش فولادسازی برای شارژ مستقیم کوره انتقال می‌یابد. آهن اسفنجی پس از ذوب و احیا در فولاد سازی، در فرآیند ریخته گری به شکل محصولات مورد نیاز در می‌آید و به سه شکل اسلب (تختال)، بیلت( شمش) و میلگرد مورد استفاده قرار می‌گیرد. امروزه در حدود ۵% از فولاد جهان از آهن اسفنجی (DRI) تولید می‌شود و این روند رو به افزایش است. روش تولید میدرکس: احیای مستقیم اکسید آهن یک واکنش شیمیایی بین هیدروژن و مونوکسید کربن با اکسیدهای آهن است که نتیجه آن تولید آهن اسفنجی است. جنبه های شیمیایی و حرارتی فرآیند احیا زمانی کارآمد می شود که از یک کوره استوانه ای جریان معکوس ، با جریان یکنواخت مواد جامد به سمت پایین و جریان بالارونده گازها ، استفاده شود. فرآیند میدرکس از ۳ مرحله اصلی تشکیل شده است : احیا ، تبدیل ، بازیافت حرارت.

مزایای آهن اسفنجی نسبت به قراضه

استمرار یکنواختی آنالیز در محصول
وجود گوگرد و فسفر کمتر در آهن اسفنجی نسبت به قراضه
کاهش میزان نیتروژن در مذاب فولاد و در نتیجه کیفیت بالاتر شمش‌ها و تختال‌ها
کاهش عناصر مضری چون مس، کروم، سرب، قلع و … در چدن و فولاد مذاب
سهولت انبار سازی‌، انتقال و شارژ آهن اسفنجی
مصرف پایین اکسیژن
امکان شارژ مداوم آهن اسفنجی گرم در کوره‌های برقی و به تبع آن مصرف انرژی کمتر
کاهش خطرات آلودگی‌های اطراف کوره‌های ذوب
کاهش آسیب دیدگی نسوز کف و جداره کوره

کاربرد آهن اسفنجی

کاربرد آهن اسفنجی در کوره های القائی بعنوان یکی از مهم ترین کاربردهای آن می باشد. میتوان گفت که استفاده از آهن اسفنجی، در کوره های القائی قادر است که نزدیک به ۵۰ درصد، جایگزین قراضه شود. ولی کاربرد آن در کوره القایی، نیازمند دانش فنی و تجربه می باشد. همچنین استفاده از آهن اسفنجی تحولی بزرگ در ریخته گری مداوم صنعت فولاد می باشد.تقریبا در همه روش های تولید فولاد استفاده از آن مقدور می باشد. بسیاری از واحدهای کوچک و بزرگ تولید فولاد در کشور از این روش‌ها استفاده میکنند. ایران منابع طبیعی در دستر‌تری برای احیای مستقیم دارد.آهن اسفنجی جایگزین مناسبی برای ضایعات آهن میباشد بنابراین میتوانیم درصد بالایی از مواد اولیه جهت تامین ذوب مورد نیاز واحدهای فولادسازی را بجای استفاده از ضایعات، از طریق آهن اسفنجی تامین کنیم.

معرفی کد آیسیک مرتبط با صنعت تولید گندله سازی -آهن اسفنجی ریخته گری و ورق نورد

۱. ورق نورد گرم فولاد ساده کربنی و کم آلیاژی : ۲۷۱۰۴۱۲۳۴۶
۲. گندله آهن : ۱۳۱۰۴۱۲۳۱۰

بررسی بازار فولاد

قیمت محصولات فولادی در سطح جهانی در سال ۱۳۹۷ بطور عام روند نزولی داشت. این روند در مورد ورق گرم کویل، ورق سرد کویل و میله گرد کاملاً محسوس بود. نوسان قیمت این کالاها بیشتر تابع رشد اقتصادی چین و درگیری اقتصادی امریکا، چین و اروپا بوده است. اتفاق مهمی که در سال ۹۷ در صحنه جهانی افتاد مساله شکستن سد باطله در برزیل بود. این مساله باعث شد تا عرضه سنگ آهن برزیل کاهش یابد و طبعاً قیمت از ماه سپتامبر که حدود ۶۸ دلار هر تن سی اف آر بنادر چین بود به میانگین ۷۴ دلار در ژانویه رسید البته رکوردهای بالاتر هم زده شد که حدود ۸۸ دلار در فوریه بود. آنچه در ساختار فولاد چین در سال گذشته اتفاق افتاد قابل تامل است. در سال گذشته چینی ها سعی کردند از کوره بلند به کوره قوس الکتریکی روی بیاورند، به همین دلیل تقاضای سنگ آهن تا دسامبر رو به کاهش بود ولی در تمام طول سال ۹۷ روند تقاضای گندله چین صعودی بوده است آنچنان که موجودی گندله در انبار ۸ مارچ ۲۰۱۹ در بنادر چین بیش از موجودی انبار سنگ آهن بوده است. به این ترتیب تقاضای چین برای آهن اسفنجی و گندله در سال آینده رو به صعود خواهد بود. خطری که در بازار جهانی فولاد باعث نگرانی است کاهش رشد اقتصادی چین است هر چند دولت چین در هفته های قبل سیاست های پولی و مالی روان تری را در پیش گرفت ولی تلاش کردن برای رسیدن به ۶ درصد رشد اقتصادی با فراهم بودن زمینه های آن دو بحث متفاوت است. تا بحال چینی ها راحت به رشد بالای ۶ درصد می رسیدند ولی در سال جدید برای آن در حال تلاش هستند. جنگ اقتصادی چین و امریکا، نرخ بهره در امریکا ، سیاست خرید طلا به جای اوراق قرضه امریکا از طرف چین مسایلی است که اقتصاددانها را بسیار به خود مشغول کرده است.

وضعیت واردات و صادرات گندله سازی -آهن اسفنجی ریخته گری و ورق نورد

در نمودار زیر وضعیت واردات و صادرات گندله سازی -آهن اسفنجی ریخته گری و ورق نورد در کشور به تفکیک سال آمده است .

وضعیت واحد های فعال تولید گندله سازی -آهن اسفنجی ریخته گری و ورق نورد

در نمودار زیر تعداد و ظرفیت واحدهای تولید کننده گندله سازی -آهن اسفنجی ریخته گری و ورق نورد در کشور به تفکیک استان آمده است .

خلاصه بررسی اقتصادی طرح تولید گندله سازی -آهن اسفنجی ریخته گری و ورق نورد

ظرفیت تولید سالیانه : ۵ میلیون تن
نرخ برابری دلار : ۱۴۰۰۰ تومان
مساحت زمین موردنیاز : – مترمربع
زیربنای ساختمان ها : – مترمربع
تعداد نیروی انسانی مورد نیاز : ۸۰۰۰ نفر
میزان سرمایه گذاری ثابت : ۸۰ میلیارد تومان
ارزش ماشین آلات و تجهیزات : – میلیون تومان
نرخ بازده داخلی : ۲۰.۲۵ درصد