به گزارش ایراسین، بخش آهن و فولاد دومین مصرف‌کننده انرژی در میان مصارف صنعتی است و همچنین به‌عنوان بزرگ‌ترین منبع صنعتی انتشار CO2 حدود ۷ درصد از گازهای گلخانه‌ای جهان را تولید می‌کند (آمار WSA سال ۲۰۲۲). در میان سه مسیر اصلی تولید فولاد خام (کوره بلند-کنورتور، احیا مستقیم-کوره قوس الکتریکی و ذوب مستقیم قراضه) روش کوره بلند علی‌رغم مصرف انرژی و آلایندگی بیشتر در مقایسه با روش‌های دیگر بزرگ‌ترین سهم تولید را در جهان به خود اختصاص داده است.
می‌توان گفت مصرف انرژی و میزان انتشار CO2 در فرایند کوره بلند، از منظر تئوری، اساساً در حداقل سطح خود هستند. این به دلیل پیشرفت‌های قابل‌توجهی است که در طول سال‌های طولانی از نظر کارایی در استفاده از انرژی، میزان مصرف کک، تکنیک کک‌سازی و افزایش تزریق سایر مواد احتراق مانند زغال‌سنگ، گاز طبیعی و پلاستیک صورت گرفته است. در مقابل فرایند احیا مستقیم بر پایه گاز طبیعی علی‌رغم میزان مصرف انرژی و آلایندگی کمتر سهم بسیار کمتری را در بازار به خود اختصاص داده است. دلیل اصلی این موضوع در دسترس نبودن میزان کافی از گاز طبیعی با قیمت مناسب به‌عنوان عامل احیاکننده سنگ‌آهن است. برای غلبه بر این چالش ذاتی در سال‌های اخیر، پروژه‌های زیادی در زمینه احیای سنگ‌آهن بر پایه هیدروژن (به‌عنوان عامل احیاکننده) تعریف شده‌اند که در صورت تأمین پایدار و تمیز هیدروژن می‌توانند در آینده جایگزین اصلی این فرایندها شوند.
یکی از ایده‌های نوآورانه در زمینه توسعه فناوری‌های پیشرو در زمینه حل چالش‌های پیش رو در صنعت آهن و فولاد با عنوان فرایند آهن‌سازی فلش (Flash Iron-making Technology) یا به‌اختصار FIT در دانشگاه یوتا آمریکا پایه‌گذاری شده است. اساس این تکنولوژی احیای نرمه سنگ‌آهن (حتی با عیارهایی پایین‌تر از مواد استفاده‌شده در سینترسازی یا گندله‌سازی) با استفاده از گازهای احیایی (گاز طبیعی یا هیدروژن یا ترکیب هردو) در یک راکتور احیا به نام فلش (flash) است. جزئیات مراحل توسعه این فناوری، از تعیین امکان‌سنجی سینتیکی واکنش‌ها تا انجام تست‌ها در کوره احیای آزمایشگاهی فلاش شروع شد و پس از طراحی و ساخت پایلوت پلنت در مراحل بعدی، تست‌ها در یک کارخانه آزمایشی انجام شدند. این فرایند آهن‌سازی پس از توسعه در مقیاس صنعتی، پتانسیل دارد جایگزین ایدئال فرایندهای کوره بلند، سینترسازی (یا گندله‌سازی) و کک سازی شود؛ چون می‌تواند مستقیماً از کنسانتره سنگ‌آهن استفاده کند که به‌طور هم‌زمان مصرف انرژی و میزان آلایندگی و انتشارات حاصل از فرایند را تا حد زیادی کاهش می‌دهد. در ابتدا طراحی مفهومی فرایند FIT با استفاده از گاز طبیعی به‌عنوان سوخت و عامل عملیاتی احیاکننده انجام گرفت. دلیل آن در دسترس بودن و ارزان بودن گاز طبیعی در بیشتر نقاط ایالات‌متحده است. به‌عنوان مثال، برای تولید سالانه ۲۰ میلیون تن آهن به روش فلش (که تقریباً ۴۰ درصد کل تولید سالانه آمریکاست) میزان گاز طبیعی که نیاز است تنها حدود ۱.۵ درصد از کل مصرف گاز طبیعی در این کشور است. در مواقع استفاده از گاز طبیعی به‌عنوان عامل احیاکننده محصول فرایند FIT یا فلش دارای میزان کربن متغیری شبیه به محدوده فرایند HYL-ZR است (تا حدود ۵.۵ درصد).
فرایند FIT اگرچه مشابه روش‌های احیا مستقیم آهن است، اما در مقایسه با آن‌ها این پیشرفت چشمگیر را دارد که در آن از سنگ معدن ریزدانه به‌عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود و فرایند یکپارچه‌سازی را حذف می‌کند. محصول این فرایند را می‌توان به کوره‌های قوس الکتریکی یا کوره‌های کنورتور در مرحله فولادسازی اضافه کرد. توانایی استفاده از سنگ معدن ریزدانه، نسبت به فرایندهای مشابه که نیاز به یکپارچه شدن کنسانتره به گندله برای احیا آهن دارند، مزیت هزینه‌ای فراهم می‌کند. ذرات ریز همچنین زمان فرایند احیا در کوره را به حدود چند ثانیه کاهش می‌دهند. این به معنای یک سیستم کوچک‌تر برای دست‌یابی به میزان خروجی یکسان است که هم هزینه‌های سرمایه و هم هزینه‌های عملیاتی را کاهش می‌دهد. سایر مزایای بالقوه شامل بهبود عمر نسوز و سهولت تغذیه مواد خام به راکتور احیا است. فرایند آهن‌سازی فلاش مصرف انرژی را تا ۱۵ درصد نسبت به فرایندهای رقابتی با حذف فرایندهای جانبی کاهش می‌دهد. همچنین انتشار گازهای گلخانه‌ای را می‌توان با استفاده از گاز طبیعی یا هیدروژن به‌عنوان عامل احیا به‌جای کک به‌میزان قابل‌توجهی کاهش داد. تخمین‌های اولیه نشان می‌دهد که استفاده از گاز طبیعی ۳۹ درصد کمتر از فرایند کوره بلند دی‌اکسید کربن منتشر می‌کند.
چالش‌های اصلی پیش روی توسعه این فرایند عبارت‌اند از: دست‌یابی به دمای عملیاتی ۱۳۰۰ تا ۱۶۰۰ درجه سانتی‌گراد همراه با کاهش اتلاف حرارت، دست‌یابی به زمان موردنیاز ماند ذرات در فرایند احیا با بهینه‌سازی جریان گاز در سیستم برای جلوگیری از مسیرهای اتصال کوتاه و شناسایی آستر نسوز مناسب برای افزایش طول عمر کاری سیستم. شریک اصلی این پروژه در کنار دانشگاه یوتا، انستیتوی آهن و فولاد آمریکا یا American Iron and Steel Institute بوده است. مرحله بعدی صنعتی سازی این فناوری با هماهنگی AISI، جذب حامیان صنعتی (عمدتاً صنایع بزرگ این بخش در آمریکا) برای سرمایه‌گذاری در این زمینه است.
ارسال نظر