تولید آهن و فولاد (2)

موارد کاربرد اکسید آهن طبیعی:
رنگ سازی، جوهر چاپ،‌مداد شمعی پلاستیک، لاستیک، کاغذ ،‌بتون و مواد ساختمانی ،‌ساروج، آجر و کاشی ،‌جلای سرامیک،‌غذای دام، داروسازی، لوازم آرایشی ،‌تهیه شیشه های رنگی ، رنگین کردن مواد ساختمانی ،‌ضد زنگ ، کاتالیزور. …

موارد کاربرد اکسید آهن مصنوعی :
رنگ ،‌لاستیک‌، پلاستیک، لوازم آرایشی ، داروسازی ،‌رنگ چوب
موارد کاربرد منیتیت:
آهنرباهای سرامیکی صلب و انعطاف پذیر، بهبود دهنده های اصطکاک در دمای بالا مانند لنت ترمز، جوهر چاپ مغناطیسی، خمیر شیشه و چینی و مواد مغذی ریز برای خاک ،‌الکترونیک ( موتورهای  DC ،‌تجهیزات مورد استفاده در بستن درب مانند درب یخچال، تصویر سازی تشدید مغناطیسی ، ضبط با سرعت پایین و کیفیت بالا (hi-fi) .
 
کلیات مربوط به تولید آهن و
 مواد اولیه مورد نیاز آنها
صنایع تولید آهن و فولاد در نیم قرن اخیر تحولات چشمگیری را پشت سر گذاشته است. از طرفی صدها روش احیای مستقیم سنگهای آهن بر اساس استفاده از گاز طبیعی به جای استفاده از کک متالورژی مورد بهره بردای قرار گرفته اند و از طرف دیگر روشهایی بر اساس مصرف زغالهای غیر کک شو برای احیاء‌ذوب ،‌و روشهای نوین احیاء ذوب و پالایش مستقیم حتی تا مرحله فولاد سازی بکار گرفته شده اند که اساسا با دیگ روشها فرق دارند.
در عین حال روش سنتی با قدمت ۵۰۰ ساله تولید آهن خام در کوره بلند و تولید فولاد در انواع کنورتورها و نیز پالایش فولاد خام در کوره های پاتیلی ، سیر تکاملی خود را هنوز حفظ کرده اند به طوریکه هم اکنون :‌
ـ تلاشهایی برای کاربرد مستقیم زغال ،‌مازوت و گاز طبیعی جهت کاهش مصرف کک در کوره بلند،
ـ افزایش ظرفیت آهن خام ،‌
ـ کاهش آلودگی محیط زیست از طریق حذف فرایندهای کک سازی و کلوخه سازی ،‌
ـ کامپیوتری کردن روند تولید و غیره
صورت گرفته است و هنوز نیز اولویت تولید آهن به روش سنتی ادامه دارد، به طوری که نسبت تولید آهن خام به دیگر روشها نسبت به آهن خام تولیدی در کوره بلند از پنج درصد تجاوز نمی کند. تحقیقات زیادی برای ابداع و توسعه روشهای متعددی برای استفاده از زغالهای غیر کک شو به طور مستقیم در آلمان ، ژاپن ،‌آمریکا ،‌استرالیا و کانادا با اهداف ذیل در حال تکوین می باشد:
ـ‌کاهش مصرف زغالهای کک شو به علت کمبود عرضه و در نتیجه گرانی آنها ،
ـ کاربرد زغال های غیر کک شو به علت وفور جهانی آنها ،
ـ حذف واحدهای کک سازی به علت آلوده کردن محیط و نیاز به سرمایه گذاری بالا ،‌
ـ حدف واحدهای گندله سازی به علت آلوده کردن محیط و نیاز به سرمایه گذاری بالا ،‌
ـ افزایش سرعت ،
ـ‌حذف معایب روشهای احیای مستقیم با گاز طبیعی به علت گرانی کاتالیزور و نیز لوله های راکتور تولید گاز احیا کننده ، کاهش مصرفی انرژی الکتریکی ،‌فرایند و جلو گیری از اکسایش مجدد آهن اسفنجی ،
ـ احداس واحدهای اقتصادی کوچکتر به جای کوره بلند / کنورتور با ظرفیت بالا
ـ کاهش هزینه های جاری .
در این فصل روش سنتی تولید آهن خام در کوره بلند و تولید فولاد در کنورتور و نیز روشهای مختلف احیای مستقیم برای تولید آهن اسفنجی و فولاد در کوره های قوس الکتریکی بویژه روشهای تجاری احیای مستقیم به اختصار مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفته است. همچنین مواد اولیه مورد نیاز این روشها نیز به اختصار بررسی شده است.
۱ـ تولید آهن و فولاد به روش سنتی کوره بلند /  کنورتور
نظر به اینکه کمیت و کیفیت مواد اولیه برای تولید آهن خام و فولاد به روش تولید بستگی دراد، لذا در این بخش به اختصار شیوه تولید آهن و فولاد به روشهای مهم بویژه روشهایی که در ایران کاربرد دارند از جمله روش سنتی کوره بلند / کنورتور، تولید آهن اسفنجی به روشهای احیای مستقیم میدرکس، اچ ـ ال ،‌پوروفر، قائم و نیز نمونه ای از روشهای احیای مستقیم که موفقیتهایی برای آینده آنها پیش بینی شده است مانند کورکس به اختصار تشریح می شود.
برای تولید آهن و فولاد به روش سنتی کوره بلند / کنورتور ،‌واحدهای آماده سازی مواد اولیه و مواد واسطه تولیدی ،‌لازم می باشد. که به برخی از آنها اشاره می شود :
ـ سلول کک سازی برای تولید کک متالورژی از انواع زغال سنگها به منظور بهبود بخشیدن به ویژگی انواع مواد اولیه مصرفی و حذف مواد نامطلوب زغال سنگ از طریق فرآوری آنها ؛
ـ تجهیزات واحد کلوخه سازی و گندله سازی به منظور یکنواخت نمودن خواص فیزیکی ـ‌شیمیایی و مکانیکی انواع سنگهای آهن و بهبود کیفیت مواد اولیه ؛
ـ‌کوره بلند برای تولید آهن خام (چدن ) ،‌از کلوخه (آگلومره )‌و یا گندله (پلت ) و یا سنگ آهن از طریق احیا و ذوب ؛
ـ کنورتور به منظور تبدیل آهن خام (چدن ) تولیدی در کوره بلند به فولاد ؛
ـ‌کوره پاتیلی به منظور پالایش فولاد خام تولیدی در کنورتور.
۱ـ۱ـ تولید کلوخه و گندله در واحدهای کلوخه و گندله سازی
سنگهای آهن از نقطه نظر ساختار و نیز ترکیب شیمیایی متفاوت و متنوع هستند. نظر به اینکه کوره های تولید آهن و فولاد با ترکیب ثابت مواد اولیه ، حداکثر بازده را می توانند داشته باشند،‌لذا ضروری است که انواع مختلف سنگهای آهن در دسترس و نیز مواد جنبی با خواص فیزیکی ـ شیمیایی و مکانیکی ثابت تولید گردد. این عمل از طریق کلوخه سازی و گندله سازی میسر می گردد که در فصلهای ششم و هفتم به تفصیل مورد بررسی قرار خواهد گرفت. روش سنتی کوره بلند / کنورتور به انضمام کلوخه سازی و گندله سازی در شکل ۱ـ۱ و طرح تجهیزات مورد نیاز این فرایند در شکل ۱ـ۲ نشان داده شده است.
برای تنظیم ترکیب بار کلوخه و گندله بر حسب ضرورت علاوه بر مصرف انواع سنگهای آهن ،‌عبار کوره بلند و کنورتور ،‌آهک ، دولومیت ،‌منیزیت ، بنتونیت ،‌فلورین،‌زغال سنگ و . . . . نیز به کار برده می شود که آن مواد نیز در فصلهای مربوط کتاب مورد بررسی قرار گرفته اند.
بدیهی است پیش از کلوخه سازی سنگهای آهن ،‌مواد اولیه آنها باید خرد و نرم شوند تا کانه آرایی آنها ممکن گردد. در اغلب روشهای متداول ، کاربرد این نوع نرمه ها مقدور نیست و بار باید ابعاد معینی داشته باشد. هدف از کلوخه سازی و یا آگلومراسیون تولید دانه های درشت از نرمه و مواد ریز اولیه فوق الذکر به طرق مختلف باشد.
در این فرایند، تخلخل ،‌مقاومت مکانیکی و قابلیت واکنش مواد تغییر می کند و به این ترتیب ویژگی مواد نقش بسزایی در افزایش بازده تولید در کوره بلند دارد زیرا:‌
ـ موادی مانند غبار کوره بلند / کنورتور را که نمی توان مستقیما در کوره بارگیری نمود ، زیرا باعث کاهش بازدهی می شوند، در حالی که می توان در فرایند کلوخه سازی و گندله سازی مصرف کرد ؛
ـ‌کاربرد مستقیم موادی مانند سنگ آهن و سنگ منگنز که برای بهبود عملیات کوره ضروری هستند باعث افزایش مصرف انرژی گران قیمت کوره بلند (کک) می شوند در حالی که می توانند در این فرایندها با مصرف سوختهایی با ارزش کمتر ، آماده شوند.
ـ سرانجام ابعاد مواد در تخلخل بار ،‌جریان مواد ، جریان گازهای درون کوره و در نتیجه تغییر و تحولات احیا و ذوب مؤثر است.
۱ـ۲ـ تولید کک در سلولهای کک سازی
در کوره بلند از کک به همراه گاز طبیعی، مازوت و زغال سنگ استفاده می شود. اما کک نقش اصلی را در تأمین انرژی مورد نیازی برای احیای اکسید آهن و حرارت بعهده دارد . کک در اثر حرارت دادن ذغال سنگ های خاصی در سلول هایی مخصوص به طور غیر مستقیم و در جوی خالی از هوا تولید می شود . روند کلی و چرخه مواد و نیز طرح تجهیزات کوره بلند و سایر تجهیزات جنبی آن به ترتیب در شکل های ۱-۱  و ۱-۳- نشان داده شده است .
سلولهای کک سازی به شکل مکعب مسطیل بوده و در عرض به اتاقک های کوچکی تقسیم شده است در این اتاقک ها گاز تصفیه شده با هوا سوخته و حرارت لازم برای تبدیل ذغال سنگ به کک تامین می گردد . در این فرآیند مواد فرار ذغال سنگ و نیز قیر و قطران آن جدا می گردد کک تولیدی حاوی کربن ، گوگرد و مواد سنگی همراه ذغال سنگ اولیه می باشد . علی رقم تخلخل زیاد کک ، مقاومت مکانیکی آن بسیار زیاد است چون دمای کک گداخته تولیدی در سلولهابالا می باشد لذا نگهداری از آن پس از خروج از سلولها در اتمسفر محیط ممکن نیست زیرا با اکسیژن هوا می سوزد . برای جلوگیری از این عملکرد خود به خودی ، کک گداخته با پاشیدن آب روی آن ،‌سرد و سپس انبار می شود و مورد استفاده قرار می گیرد. موقعیت سلولهای کک سازی و نقش آن در فرایند کوره بلند / کنورتور را می توان در شکل ۱ـ۱ مشاهده نمود.
۱ـ۳ـ تولید آهن خام در کوره بلند
نقش کوره بلند در روش سنتی کوره بلند / کنورتور در شکل ۱ـ۱ و ۱ـ۲ نشان داده شده است. کلوخه ،‌سنگهای آهن،‌کک ، آهک و سایر مواد جنبی با نظم خاصی در کوره بلند بار می شوند .از طریق لوله های دم ،‌گاز طبیعی و مازوت به همراه هوای گرم در کوره تزریق و گازهای احیا کننده بر اساس واکنشهایی تولید می گردد.
     
واکنشهای جزئی کک و متان با گازکربنیک،‌بخار آب و اکسیژن در کوره ،‌حرارت و نیز گازهای احیا کننده ایجاد می کند که در خلاف جهت نزول بار در کوره صعود می کنند و موجب احیای اکسیدهای آهن و ذوب آهن خام می شود. سایر مواد سنگی همراه بار نیز در کوره گرم ، ذوب و به سرباره منتقل می گردند. عملیات گرم شدن ، تکلیس ،‌احیا،‌ذوب ، و پالایش در داخل کوره بلند در چهار منطقه به شرح زیر انجام می شود:
۱ـ منطقه خشک شدن در قسمت بالای کوره قرار دارد و دما زیر ۴۰۰ درجه سانتیگراد است. در این منطقه در اثر عبور گازهای گرم ،‌رطوبت مواد حذف می گردد و دولومیت شروع به تجزیه می کند.
۲ـ منطقه احیا که در قسمت پایین کوره قرار دارد و به علت افزایش دما ،‌احیای اکسیدهای آهن و تحول مواد گداز آور شروع می گردد. در این منطقه واکنشها می توانند بر حسب موقعیت مواد و عوامل احیا کننده کم و بیش با سرعت متفاوت انجام شوند .
                              
۳ـ منطقه کربونیزه شدن آهن خام که در اثر ترکیب کربن و آهن تحت دمای ۹۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد از طریق تشکیل سمانتیت صورت می گیرد.
     
در این منطقه گوگرد ،‌منگنز ،‌فسفر به همراه آهن خام و سمانتیت به سمت پایین حرکت می کنند.
۴ـ منطقه احیای نهایی و ذوب ؛‌در این منطقه و ستیت باقیمانده که در مناطق بالاتر فرصت کافی برای احیای کامل نداشته تحت دمای ۱۲۰۰ تا ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد احیا می گردد و ضمنا کربن در آهن بیشتر مبادله می شود. در این منطقه احیای سیلیس و اکسید منگنز به صورت جزئی و نیز واکنشهای دیگری انجام می‌گیرد.
                       
۱ـ۴ـ تولید فولاد خام از آهن خام در کنورتور
موادی که در کوره بلند تولید می شوند شامل آهن خام مذاب ، سرباره  مذاب و گازهای خروجی کوره می باشد. به علت خواص فیزیکی ـ شیمیایی آهن خام مذاب ،‌مقداری کربن ، سیلیسیم ،‌منگنز ،‌گوگرد و فسفر در آن حل می شود. چون برخی از این عناصر موجب پایین آمدن کیفیت فولاد می گردند لذا ناگزیر از حذف آنها می باشیم. بجز گوگرد سایر عناصر می توانند از طریق اکسایش در کنورتور حذف گردند. نقش کنورتور و چرخه مواد در فرایند تولید آهن و فولاد در شکل ۱ـ۱ نشان داده شده است.
برای حذف ناخالصی ها فوق الذکر ،‌اکسیژن به تنهایی و یا همراه آهک در کنورتور دمیده می شود و آنها از طریق واکنشهای ذیل به فازگازی تبدیل و یا به سرباره مذاب منتقل می شوند.
     
از واکنشها می توان دریافت که ناخالصی های کربن و سیلیسیم به صورت اکسید ولی گوگرد به صورت سولفید کلسیم و سولفید منگنز در می آید.
به منظور اکسایش کربن ،‌سیلیسیم و فسفر ،‌انواع مختلفی از کنورتورها در صنایع فولاد سازی مورد استفاده قرار گرفته اند که نقش اصلی آنها ،‌کاهش کربن آهن خام و تبدیل آن به فولاد می باشد.
                                             
 می توان دریافت که هرچه فشار جزئی اکسیژن (درجه خلوص آن) بیشتر باشد کربن بیشتری می تواند تحت دمای ثابت و زمان کوتاهتر حذف گردد. بدین  ترتیب بازده تولید افزایش می یابد. همچنین فسفر زدایی تحت شرایط اکسایش و کاهش دما  صورت می گیرد.
                                
چون شرایط لازم برای حذف گوگرد در کنورتور تحت شرایط اکسید کنندگی تأمین نیست لذا باید از اضافه نمودن مواد جنبی گوگرد دار در کنورتور تا حد ممکن جلوگیری شود.

۱ـ۵ـ پالایش فولاد خام در کوره پاتیلی
در فرایند پالایش آهن خام در کنورتور با تزریق اکسیژن نمی توان عناصر نامطلوب همراه آهن خام را تا حد دلخواه حذف نمود و فولاد خام حاصل معمولا حاوی مقدرای گوگرد و گازهای حل شده در آن مانند نیتروژن و هیدروژن می باشد. به منظور حذف گازهای حل شده در فولاد خام ، روشهای متعددی وجود دارد که از جمله کوره های پاتیلی تحت خلاء را می توان نام برد و یا اینکه با  تزریق گازهای بی اثر مانند نیتروژن یاآرگون می توان هیدروژن محلول را تا حد مطلوبتری پایین آورد.

                                                
همچنین ترکیب شیمیایی فولاد می تواند از طریق افزودن فروآلیاژها بهبود یابد. روشهای متعددی به منظور تنظیم ترکیب شیمیایی فولاد بکار گرفته شده و همچنین صدها نوع فولاد تولید و مورد بهره برداری قرار گیرند.
۲ـ تولید آهن و تولید فولاد به روشهای احیای مستقیم / کوره قوس الکتریکی
تا کنون صدها روش احیای مستقیم در سطوح مختلف آزمایشگاهی ،‌نیمه آزمایشگاهی و صنعتی در ظرفیت های مختلف احداث و مورد بهره برداری قرار گرفته اند. بدیهی است، امکان بررسی آنها در این مجموعه نیست. در این بخش به برخی از روشهای احیای مستقیم اشاره می شود . در اغلب روشهای نسبتا قدیمی تر، احیای مستقیم سنگهای آهن در حالت جامد صورت گرفته و در اثر احیاء آهن اسفنجی تولید می شود. در این نوع فرایندها مواد سنگی همراه کانه های آهن و سایر مواد جنبی بار اولیه در آهن اسفنجی به صورت جامد باقی می ماند. فرایند احیای مستقیم بنا به ویژگی آن نیاز به سنگ آهن غنی تر و فاقد ناخالصی های نامطولب دارد.
۲ـ۱ـ تولید آهن اسفنجی به روش احیای مستقیم میدرکس
همانطور که پیش از این اشاره شد ،‌کیفیت مواد اولیه مصرفی در فرایندهای تولید آهن و فولاد کم و بیش به روش تولید آنها بستگی دارد.
آگاهی از مواد اولیه لازم، آماده سازی آن مواد و نیز مواد واسطه و نهایی برای تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس لازم است. احیای مستقیم به روش میدرکس شامل تأسیسات و واحدهای ذیل می باشد که به اختصار تشریح می شوند:
ـ کوره احیا برای تولید آهن اسفنجی؛‌
ـ راکتور تولید گاز احیا کننده
ـ تجهیزات جنبی .
روند کلی چرخه مواد و طرح کوره احیا،‌راکتور تولید گاز احیا کننده و سایر تجهیزات جنبی احیای مستقیم به روش میدرکس را می توان در شکل های ۱ـ۳ و ۱ـ۴ مشاهده نمود.
۲ـ۱ـ۱ـ کوره احیا به روش میدرکس
یکی از متداولترین شیوه های احیای مستقیم سنگهای آهن با گاز طبیعی در سطح جهان ،‌روش میدرکس می باشد. در ایران نیز در مجتمع فولاد اهواز سه مدول و در مجتمع فولاد مبارکه پنج مدول احیای مستقیم به این روش وجود دارد.
در روش میدرکس گندله های پخته تولیدی از سنگ آهن توسط گازهای حاصل از اکسایش جزئی گاز طبیعی در کوره احیا در حالت جامد به طور مداوم احیا می گردند . کوره احیا در روش میدرکس به شکل استوانه طراحی شده است. به این منظور گندله های پخته سرند شده به بالای کوره منتقل و در محفظه قیف مانندی تخلیه می گردند.
در این مخزن در مسیر انتقال گندله به  کوره ،‌گازی خنثی دائما جریان دارد. به این وسیله نشت گاز احیا کننده، سمی و قابل احتراق از کوره به خارج جلوگیری می گردد. طرح سه کوره احیای مستقیم به روش میدرکس مدول ۴۰۰ به انضمام راکتورهای تولید گاز احیا کننده و سایر تجهیزات جنبی این واحد در مجتمع فولاد اهواز در شکل ۱ـ۴ مشاهده می شود.
۲ـ۲ـ تولید آهن اسفنجی به روشهای احیای مستقیم اچ ـ وای ـ‌ ال
چون در سطح جهانی ، واحدهای احیای مستقیم متعددی به روش اچ ـ وای ـ ال ،‌آهن اسفنجی تولید می کنند و در ضمن در ایران نیز سه مدول از اچ ـ وای ـ ال وجود دارد، لذا این شیوه احیای مستقیم نیز به اختصار تشریح می شود. واحدها و تأسیسات احیای مستقیم با روشهای اچ ـوای ـ ال شامل :‌
ـ‌کوره هایی برای احیای مستقیم سنگهای آهن جهت تولید گندله آهن اسفنجی ،‌
ـ راکتوری برای تولید گاز احیا کننده از گاز طبیعی،
ـ راکتورها ، تجهیزات و تأسیسات جنبی برای آماده سازی مواد اولیه ، تولیدات و افزایش بازده فرایند تولید می باشد. تکامل روشهای اچ ـ وای ـ ال در دو دوره کاملا متمایز صورت گرفته است :‌
ـ دوره ای که تولید آهن اسفنجی در اثر احیای سنگهای آهن به صورت غیر مداوم اما تولید گاز احیا کننده در اثر اکسایش جزئی گاز طبیعی با بخار آب به طور مداوم انجام می گیرد که به روش اچ ـ وای ـ ال یک و دو معروف هستند.
ـ دوره ای که تولید آهن اسفنجی در اثر احیای سنگهای آهن و نیز تولید گاز احیا کننده در اثر اکسایش جزئی گاز طبیعی با بخار آب به طور مداوم انجام می گیرد که به روش اچ ـ وای ـ ال سه معروف می باشد. در شکل ۱ـ۵ و ۱ـ۶ روند و چرخه مواد برای تولید آهن اسفنجی به صورت جامد به روش غیر مداوم اچ ـ وای ـ‌ال یک و دو نشان داده شده است.
۲ـ۲ـ۱ـ احیای مستقیم به روش مداوم اچ ـ وای ـ ال سه
احیای مستقیم سنگهای آهن به روش اچ ـ‌وای – ال سه برخلاف روشهای اچ ـ وای ـ ال یک و دو مداوم می باشد. برای تولید آهن اسفنجی در حالت جامد، هر مدول اچ ـ وای ـ ال سه فقط یک کوره دارد.
گندله های پخته از سنگ آهن هماتیتی در مخازن خورجین مانندی در بالای کوره تخلیه می شوند .

تاسیسات جنبی احیای مستقیم به روش اچ – وای – ال یک دو سه :
 در روند اچ – وای – ال علاوه بر کودها و راکتور تولید گاز احیا کننده ، تجهیزاتی وجود دارد فهرست آنها به شرح ذیل می باشد :
– نوار نقاله برای انتقال گندله ها به کوره و انتقال آهن اسفنجی از کوره به خارج
– تجهیزات لازم برای بارکردن گندله پخته سنگ آهن در کوره
– تجهیزات لازم برای تخلیه گندله آهن اسفنجی از کوره
– برج شستشو برای حذف غبار ، گاز کربنیک و بخار آب گاز خروجی از کوره ها راکتور گوگرد زدایی گاز طبیعی .
۲ـ۳ـ تولید آهن اسفنجی به روش احیای مستقیم پوروفر
گرچه احیای مستقیم به روش پوروفر ایران در سطح جهان منحصر بفرد می باشد ولی به علت نیاز برآورد مواد اولیه لازم برای آن واحد ، این روش به اختصار بررسی می شود، ظرفیت سالیانه این واحد حدود ۳۰۰ هزار تن آهن اسفنجی و تجهیزات آن به ترتیب زیر است :
ـ یک کوره احیا که به طور مداوم کار می کند،
ـ دو راکتور که به صورت ادواری گاز احیا کننده تولید می نمایند.
ـ سایر تجهیزات جنبی از جمله ماشین خشته سازی ، سیستم تولید گاز خنثی و غیره.
روند کلی و چرخه مواد و طرح تجهیزات احیا به روش پوروفر مجتمع فولاد اهواز برای تولیدی حدود ۳۰۰ هزار تن آهن اسفنجی در سال را به ترتیب در شکلهای ۱ـ۹ و ۱ـ۱۰ می توان مشاهده نمود.
۲ـ۴ـ تولید آهن اسفنجی به روش احیای مستقیم قائم
فرایند احیای مستقیم گندله های هماتیتی به روش طرح قائم یک با ظرفیت ۴۰ هزار تن آهن اسفنجی پس از یک دوره آزمایشی منجر به طراحی واحدی با ظرفیت ۶۰۰ هزار تن شد. در این روش گندله های هماتیتی پس از پیش گرم شدن در محفظه ای در آتمسفر نیتروژن ،‌به طور مداوم در کوره احیا وارد شده و توسط گاز احیا کننده در دمایی حدود ۸۰۰ تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد به آهن اسفنجی با د رجه فلزی تا ۹۶ درصد احیا می گردد.
گاز احیا کننده در طرح قائم یک در دو راکتور مرتبط به هم تولید می شود. در یک راکتور گاز اولیه شامل گاز طبیعی و گاز فرایند بصورت رکوپراتیو پیش گرم و این گاز به انضمام گاز طبیعی با اکسیژن در یک اجاق احتراق بصورت ناقص سوخته ، در دمایی حدود ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد به گاز احیا کننده تبدیل می شود.
باید توجه داشت که گاز احیا کننده در این روش بدون استفاده از کاتالیزور تولید می شود و حاوی حدود ۹۰ درصد گاز احیا کننده هیدروژن بعلاوه اکسید کربن می باشد. در شکل ۱ـ۱۱ روند کلی و چرخه مواد و در شکل ۱ـ۱۲ طرح کوره احیا،‌راکتور آماده سازی و تولید گاز احیا کننده به روش قائم نشان داده شده است.
در کارخانه ذوب آهن اصفهان یک واحد احیای مستقیم به روش قائم دو با ظرفیت ۶۰۰ هزار تن آهن اسفنجی در سال طراحی و مراحل راه اندازی را پشت سر می گذارد و تولید آن رسما در ۲۹ مرداد ۱۳۷۵ آغاز شد.
تولید آهن خام به روش کورکس :
یکی از روشهای احیای مستقیم که می تواند در آینده جانشین مناسبی برای روش سنتی تولید آهن در کوره بلند / تولید فولاد در کنورتور و روش احیای مستقیم برای تولید آهن اسفنجی با گاز طبیعی به شمار می آید ، روش کروکس می باشد زیرا این روش بر اساس استفاده از ذغال غیر کک شو طراحی شده که عرضه آن بر خلاف گازطبیعی  و ذغال های کک شو در جهان بالا است . این روش از واحد های اصلی زیر تشکیل شده است .
– راکتور تولید گاز احیاء کننده ، احیای سنگ آهن پیش احیا شده و پالایش آهن خام
– کوره برای پیش احیای گندله های پخته
– تجهیزات جنبی 
طرح چرخه مواد به روش کورکس در شکل ۱-۱۳ و طرح راکتور احیا ء ذوب و پالایش کوره احیا و وسایر تجهیزات جنبی این واحد در شکل ۱-۱۴ نشان داده شده است .
تولید فولاد خام از آهن اسفنجی در کوره قوس الکتریکی
در اغلب واحد های احیایی مستقیم بر اساس مصرف گاز طبیعی همچون میدرگس  در مجتمع پروفر و اچ – وای – ال مجتمع فولاد اهواز ، واحدهای میدرگس در مجتمع فولاد مبارکه و طرح قائم و کارخانه ذوب آهن ، گندله آهن اسفنجی به صورت جامد تولید می گردد در این نوع آهن اسفنجی ، همراه با آهن فلزی مقداری کربن به صورت دوده و مقداری آهن به صورت سمانتیت ( Fe3C) و وستیت (Fe95C  ) و کلیه مواد سنگی همراه اکسید های آهن در کانه اولیه وجود دارد برای تولید فو.لاد باید کلیه ناخالصیهای آهن اسفنجی حذف گردد .
به علت ویژگی خاص آهن اسفنجی ،‌پالایش اولیه آن به طور کلی در کوره قوس الکتریکی انجام می گیرد.
چرخه مواد و طرح تجهیزات کوره قوس الکتریکی در شکل ۱ـ۱۵ نشان داده شده است.
در کوره قوس الکتریکی به علت هدایت حرارتی پایین آهن اسفنجی ،‌نخست آهن قراضه همراه آهک در کوره شارژ می شود و پس از برقراری جریان الکتریکی و تشکیل حوضچه ای از فولاد مذاب ،‌گندله های آهن اسفنجی می تواند به طور مداوم و یا غیر مداوم در کوره شارژ و سرباره مذاب و نیز فولاد خام مذاب طبق برنامه از کوره تخلیه شود.
چون دمای کوره قوس الکتریکی بالاست،‌لذا مقداری آهن تبخیر و همراه  دود از کوره خارج می گردد . جهت کاهش آلودگی محیط زیست ، غبار گاز خروجی حذف گردیده و مجدداً به فرایند تولید در روند گندله سازی برگشت داده می شود. در مجتمع فولاد اهواز شش کوره قوس الکتریکی و در مجتمع فولاد مبارکه هشت کوره قوس الکتریکی برای ذوب و پالایش آهن اسفنجی با ظرفیتی حدود ۱۸۰ تا ۲۰۰ تن فولاد و در مجتمع های دیگر فولاد سازی ایران کوره های کوچکتری از این نوع وجود د ارد.
۳ـ وضعیت واحدهای احیای مستقیم برای تولید آهن اسفنجی در جهان
واحدهای احیای مستقیم متعددی که از سال ۱۹۵۷ تا کنون در سطح جهان در ۸۲ کارخانه ،‌مشتمل به ۱۱۵ مدول احداث شده و یا در حال احداث می باشند که برخی از آنها فعال و برخی دیگر در حال راه اندازی هستند و فهرست آنها در جدول ۱ـ۱ و ۱ـ۲ می باشد. برداشت کلی از وضعیت این واحدها به ترتیب ذیل خلاصه می گردد:
ـ ظرفیت اسمی ۵۳ واحد فعال احیای مستقیم تاسال ۱۹۹۱ میلادی که با گاز طبیعی کار می کنند ۵/۲۳ میلیون تن می باشند.
ـ ظرفیت اسمی ۲۰ واحد فعال احیای مستقیم تا سال ۱۹۹۱ میلادی که با زغال کار می نمایند ۴۸/۲ میلیون تن است.
ـ ظرفیت اسمی ۴ واحد فعال خشته سازی تا سال ۱۹۹۱ میلادی ۹/۲ میلیون تن می باشد.
عوامل مؤثر بر قیمت آهن
گروه بازار سرمایه با توجه به زمان بربودن سرمایه گذاری و به دلیل عدم امنیت مناسب برای سرمایه گذاری تنها راه مقابله با  کمبود آهن در حال حاضر واردات کنترل شده آهن می باشد.
یزدی زاده سرپرست معاونت فروش و صادرات ذوب آهن اصفهان در رابطه با راه های مقابله با کمبود آهن در کشور به خبرنگار جهان اقتصاد افزود :‌تنها راه مقابله با کمبود آهن از طریق واردات می باشد و نمی توان منتظر بالا بردن ظرفیت تولید بمانیم چرا که تولید زمان پر است.
وی افزود : به دلیل عدم امنیت مناسب ، سرمایه گذاران علاقه ای به سرمایه گذاری ندارند و امکان سرمایه گذاری کلان در بخش فولاد گرفته شده است و تا زمانی که شرایط را برای سرمایه گذاری مهیا نکنیم نمی توان از سرمایه گذاران انتظار چنین امری را داشته باشیم.
یزدی زاده در ادامه گفت : در عین حال قیمت شمش وارداتی نیز نسبت به محصولات تولید شده بالا است و نمی توان در شرایط فعلی مواد اولیه وارد کرد.
وی تصریح کرد: با واردات محصولات آهنی می توان بر مشکلات مقطعی غالب شد.
سرپرست فروش ذوب آهن در ادامه گفت : باید برای واردات برنامه ریزی شده حرکت کرد و این امر باعث تکرار تجربه گذشته نشود چرا که عدم کنترل واردات باعث واردات بی رویه و غیر استاندارد محصولات شده و تولید کنندگان داخلی را دچار خلل کنیم و بازار دچار شوک شود.
کاظم جعفری از فعالان بازار آهن نیز در همین رابطه به جهان اقتصاد گفت : راه مقابله با کمبود آهن بالا بودن تولید است و نباید در دراز مدت به واردات تکیه کرد.
وی افزود : واردات باعث نابودی صنعت ملی می گردد به ویژه آن که صنعت فولاد ایران از محدود صنایع ایران است که در سطح دنیا حرفی برای گفتن دارد و می توان با تقویت جایگاه آن در بازار در جهان حرفی برای گفتن داشته باشیم.
جعفری در ادامه گفت : یکی از مشکلاتی که بازار آهن را به چالش کشانده و کمتر کسی به آن اشاره می کند ورود افراد غیر متخصص و همین طور افراد سودجو و فرصت طلب به این بازار است به نحوی که این دو دسته با عملکرد منفی خود فضای مناسب کاری فعالان بازار را تنگ کرده اند و بسیاری از مشکلات بازار فولاد ایران به دلیل حضور این افراد است.
وی تصریح کرد : می توان با تسویه این افراد از بازار آهن و ساماندهی مجدد بازار بسیاری از مشکلات بازار را از جمله کمبودهای مقطعی حل کرد و فضای ا منی را برای بازار آهن بوجود آورد.
وی با بیان این که عده ای با بزرگ کمبود و راه انداختن جنگ روانی به دنبال مقاصد شوم خود هستند گفت : البته نمی توان منکر کمبود آهن در کشور شد اما بخش عمده برهم ریختگی بازار و بزرگ نمایی کمبود آهن به دلیل احتکار آهن از سوی افراد سودجو می باشد.
و بخشی نیز به دلیل با راه انداختن جنگ روانی بر علیه بعضی از نهادها به دنبال رسیدن به خواسته های نامشروع خود هستند.
جعفری در ادامه اظهار داشت : دولت برای مقابله با کمبود آهن و هرج و مرج هرچه سریعتر شرایط سرمایه گذاری در بخش مولد را مهیا کنند سرمایه گذاران بخشی خصوصی در فضای امن بتوانند تولید آهن کشور را به سطح مطلوب برسانند.
یکی از اعضای تعاونی آهن قزوین نیز در همین رابطه با جهان اقتصاد گفت : برای جبران کمبود آهن کشور راه های مختلفی وجود دارد اما سریعترین و مناسب ترین آن واردات کنترل شده است.
وی افزود : نباید در زمینه بدون برنامه کاری کرد چرا که ممکن است خسارتی که واردات بی رویه با بازار آهن وارد می کند بیشتر از کمبود مقطعی آهن باشد.
وی تصریح کرد: در چند سال گذشته افراد سودجو با وارد کردن آهن آلات ارزان قیمت و در عین حال غیر استاندارد باعث وارد شدن خسارت فراوان به تولید کنندگان داخلی شدند در عین حال که استفاده از این محصولات تبعات منفی زیادی دارد.
این کارشناس افزود :‌واردکنندگان باید افراد شناسنامه دارد و بازار باشند و دولت نباید به هر کسی اجازه واردات آهن را بدهد.
بازار آهن در انتظار سرنوشت
بازار آهن که سال گذشته را همراه با رکود نسبی سپری کرده بود در روزهای اخیر حال و هوای پر التهابی پیدا کرده و مانند الاکلنگی شده که گاهی با گرانی قیمت آهن و گاهی با کاهش قیمت این محصول همراه است.
به گزارش خبرنگار باشگاه خبرنگاران جوان ، اگرچه دولت برای جلوگیری از روند رو به رشد قیمت آهن تعرفه واردات آن را از ۲۰ درصد به صفر رساند، ولی از سوی دیگر واردات آهن آلات به چهار وزارتخانه صنایع و معادن ،‌بازرگانی ،‌نیرو و مسکن سپرده شد که می توانست اقدام مناسبی در جهت کاهش قیمت آهن باشد، اما در عمل به دلیل تورم در قیمت های جهانی فولاد که به تبع افزایش بی سابقه قیمت نفت بوده است توفیق چندانی در کاهش و تثبیت قیمت آهن حاصل نشد.
هنوز تکاپوی بازار آهن برای تطبیق خود با حذف تعرفه واردات آهن پایان نیافته بود که به دنبال آن با مصوبه هیات وزیران جهت حفظ تعادل در بازار این محصول، صادرات تیرآهن نیز متوقف شد تا بازار شاهد کاهش قیمت این محصول باشد. این توقف صادرات در حالی است که بررسی ها نشان می دهد آهن آلات رتبه نخست کالاهای وارداتی و صادراتی کشور به لحاظ حجم و ارزش را در سال ۸۴ به خود اختصاص داده است . حجم صادرات آهن در سال ۸۴ بالغ بر ۲ میلیون و ۵۵۲ هزار و ۸۰۰ تن و به ارزش یک میلیارد و ۳۲۶ میلیون دلار بوده و سهم وزنی صادرات آهن آلات و فولاد از کل صادرات کشور در سال گذشته ۷/۱۱ درصد و سهم ارزشی آن ۴/۱۳ درصد بوده است.
توقف صادرات ذوب آهن ،‌کاهش قیمت ها
سبحانی ،‌مدیر عامل ذوب آهن اصفهان در ارتباط با توقف صادرات این شرکت در گفت و گو با خبرنگار باشگاه خبرنگاران گفت :‌ذوب آهن از حدود ۲ ماه پیش تا کنون دریافت سفارش صادرات را متوقف کرده است و حداکثر تولید تیر آهن خود را که ماهانه ۱۲۰ هزار تن است،‌از طریق بورس فلزات عرضه می کند. وی با اشاره به تاثیر توقف صادرات تیر آهن ذوب آهن اصفهان در بازار این محصول خاطر نشان کرد: تا بیش از این اقدام ، قیمت این محصول رو به رشد بود،‌اما پس از توقف صادرات تیرآهن قیمت این محصول ابتدا ثبات پیدا کرد و سپس کاهش یافت . همچنین با افزایش نگرانی مصرف کنندگان از عدم ثبات در بازار آهن جمعی از وزرای دولت مامور ساماندهی بازار آهن شدند و ذوب آهن اصفهان را موظف کردند ۲۵ درصد تولیدات خود را به صورت تحویل فوری و بر اساس نرخ کشف قیمت بورس فلزات به تعاونی ها عرضه کند.
این تعهدات دولت در کنار خبر ورود ۱۳۰ هزار تن تیر آهن به گمرک کشور توانست بازار آهن را در طی هفته گذشته با کاهش قیمت روبه رو کند، اما این ثبات و کاهش قیمت تداوم چندانی نیافت و قیمت آهن با وجود تمام تدابیر ،‌روند صعودی گذشته را در پیش گرفته است. در این خصوص محمد ‌آزاد، رییس اتحادیه صنف آهن فروشان گفت :‌130 هزار تن آهن وارد گمرک شده است که ظرف هفته جاری وارد بازار شده و پیش بینی می شود واردات این حجم آ‌هن قیمت را کاهش دهد. وی افزود : هفته گذشته از شنبه تا چهارشنبه قیمت آهن در بازار کاهش یافت اما متاسفانه از چهارشنبه مجددا به قیمت قبل بازگشت.
بازار داخلی متاثر از بازارهای جهانی
رسول خلیفه سلطان ، دبیر انجمن تولید کنندگان فولاد نیز به ثبات نرسیدن در بازار آهن را تاثیر پذیری این بازار از بازارهای جهانی عنوان کرد و گفت :‌هم اکنون یک سوم فولاد مصرف داخل از طریق واردات تامین می شود که این بازار را تحت تاثیر بازارهای جهانی قرار می دهد.
وی افزود : عرضه زیاد می تواند قیمت ها را متعادل کند و دولت برای عرضه زیاد باید تسهیلاتی در اختیار تولید کنندگان قرار دهد تا شمش را ارزان خریداری و محصول را ارزان بفروشند تا بسیاری از تولید کنندگان بخش خصوصی هم از ورشکستگی نجابت یابند.
حسین مصیب زاده ، عضو انجمن تولید کنندگان فولاد ایران نیز پایین آمدن قیمت آهن در روزهای اخیر را به دلیل وجود شایعاتی برای واردات فولاد و آهن دانست و گفت :‌هم اکنون با وجود همه مشکلات موجود در تولید محصولات فولادی قیمت آهن گران نیست و نوسان قیمت آهن به عرضه و تقاضا بستگی دارد. وی افزود: دولت برای رفع این نوسان باید با ارائه وام های طولانی مدت و یارانه به تولید کنندگان برای تامین مواد اولیه تولید را افزایش داده و سبب کاهش قیمت ها شود.
اما آنچه این روزها از زبان گروهی از کارشناسان و مسوولان کشور در خصوص دلایل این نوسان قیمت در بازار آهن شنیده می شود،‌عدم نظارت کافی بر معاملات بورس فلزات تهران است.
سازمان بورس فلزات که با هدف کشف قیمت واقعی فلزات در کشور همراه با تقابل در عرضه و تقاضا برای یافتن کمبوها و افزایش در واردات یا صادرات ایجاد معاملات شفاف، پایین بودن میزان ریسک و خطر پذیری معاملات و ایجاد امنیت برای خریدار و فروشنده و کنترل استاندارد محصولات راه اندازی شد، این روزها مورد انتقاد شدید فعالان و کارشناسان بخش فولاد و آهن کشور قرار گرفته است. عضو کمیسیون صنایع و معادن مجلس در این باره گفت :‌نوسان قیمت آهن ناشی از فرصت طلبی برخی تولید کنندگان داخلی است و به دلیل ارزانی قیمت فولاد در داخل کشور بسیاری از تولید کنندگان سعی در رساندن قیمت این محصول به قیمت بازارهای جهانی دارند. وی گفت : دولت برای مهار افزایش یا کاهش قیمت باید اجازه واردات فولاد خام را به بخش خصوصی بدهد و نظارت خود را بر بورس فلزات افزایش دهد.
بورس فلزات سبب رشد اقتصادی ملی
از سوی دیگر یزدی زاده ،‌سرپرست معاونت فروش ذوب آهن اصفهان در خصوص شایعه تضعیف یا انحلال بورس فلزات به خبرنگار ما گفت :‌دولت خود بر منافع بیشمار بورس های کالایی واقف است و سخنان رئیس جمهور مبنی بر احتمال تغییر سیاست های دولت به معنای برخورد با بورس فلزات نیست اما از سوی دیگر واقعیت این است که تاسیس بورس بر اساس قانون سوم توسعه و مصوبه مجلس شورای اسلامی بوده و دولت به تنهایی نمی تواند در مورد تداوم فعالیت های بورس تصمیم گیرنده باشد.
وی افزود : افزایش قیمت فولاد در ایران به د نبال افزایش قیمت های جهانی است به ویژه آ“که در طول سال گذشته قیمت فولاد در بازارهای داخلی رشد نکرده است. وی گفت : عملکرد بورس فلزات باعث رشد اقتصاد ملی شد و بورس فلزات جزو افتخارات دولت است که باید تمامی فعالان بازار از این جایگاه دفاع کنند.
قیمت آهن تحت تاثیر جو سازی ها
همچنین سبحانی ، مدیر عامل ذوب آهن اصفهان گفت : این بحث تحت تاثیر جو سازی ها قرار گرفته است و قیمت محصولات ما در بورس فلزات بالا نیست بلکه بر اساس عرضه و تقاضا تعیین می شود.
وی افزود : در حالی که قیمت آهن ۱۰ تا ۱۵ درصد رشد داشته که هزینه های شرکت هر ساله حدود ۲۰ درصد رشد کرده است.
مصارف عمده آهن
آهن که در میان فلزات بیشترین مصرف را دارد ، ۹۵% ذخیره فلزی تولید شده در تمام دنیا را به خود اختصاص نیز فراوانی ،‌سهولت ،‌قیمت کم و استحکام زیاد آن است.
آهن در ساخت انواع ماشین های سبک و سنگین ، کشتی ها ،‌راه آهن ، پل ها ، سدها،‌ساختمان سازی ، رسد . ۹۹% از کل مصارف آهن مربوط به صنایع تولید فولاد و چدن می شود.
تجهیزات و نوارهای ضبط مغناطیسی ،‌ MICR ،‌رنگدانه تونر ، فتوکپی و فکس غیر رنگی )، زغال شویی.
موارد کاربرد اکسید آهن میکایی :
کنترل خردگی مانند سازه های فولادی در پلها ،‌دکلهای دریایی، مبدلهای ولتاژ بالا،‌دکلهای انتقال برق،‌طرحهای صنعتی ،‌مخازن ذخیره.
موارد کاربرد هماتیت ریزدانه :‌
صنایع ساینده مانند ساینده های بادی ،‌ساینده های تجهیزات اپتیکی، گل حفاری ،‌خطوط لوله دریاییو سکوهای نفتی.
استانداردها :‌
در صنعت رنگ :
اکسید آهن طبیعی به چهار رده  A,B,C,D بر حسب محتوای  Fe2o3 ¬تقسیم می شوند که عبارتند از قرمز  <65 ،‌70 ،50 و 10% زرد <83 ،‌70،50 و 10% قهوه ای  <87 ،‌70 و 30% سیاه  <95 و 70% و خاکستری  استاندارد  ASTM از این قرار است :
اخری :‌
 < Fe2o3 7% ،‌رطوبت و مواد فرار کمتر از 1%
سینا :‌ (sienna)
fe2O3 38% > فرار و رطوبت >۴% برای کنستانتره خاکه باید کم شود.
فریت :‌ (Ferrite)
پایین ترین درصد مجاز  Fe2O3 38% و بالاترین درصد مجاز ترکیبات دیگر عبارت است از                 cr2o3  0.1%,Al-203  0.2%,Cl 0.25% , : sio2  0.3%ورطوبت ۱% همراه ۸۵% مش ۳۲۵٫
گل حفاری  API (‌وزن مخصوص بیشتر از ۵ و منش ۳۰۰٫
اگرگات پرچگال :  (high – density  aggregate)
پایین ترین درصد مجاز  Fe2O3 65% و بالاترین درصد مجاز  Sio2+Al – 203  5%  ،‌جذب کمتر از ۴% واکنش پذیری کم با سولفید و مواد قلیای ،‌شکل دانه ها زاویه دار یا نیمه زاویه دار ،‌وزن مخصوص ، ۱/۵ ـ ۵/۴٫
غذای دام :‌ (pet Food)
بالاترین درصد مجاز آرسنیک  ppm  5 ،‌سرب  ppm 20 ،‌جیوه  ppm  3 .
مواد دارویی و آرایشی :‌
بالاترین حد مجاز آرسنیک  ppm  3 ، سرب  ppm   10 ، جیوه  ppm   3.
بازیافت :‌
تقریبا بیشترین مقدار اکسید آهن تولید شده از فلز قراضه بدست می آید.
جایگزین ها :‌
رنگیزه  (Pigment)
مواد سنگین (‌گل حفاری ) :
بریت ،‌ایلمنیت
آگرگات سنگین وزن :
باریت ،‌ایلمنیت ، براده های شمش و فولاد ضرب دیده ،‌ساچمه های فولادی ،‌سرباره آهن فسفر دار.
بازار سنگ آهن دنیا متاثر از مصرف چند کشور عمده است. هشت کشور کره جنوبی ، هند ،‌برزیل، آلمان ،‌آمریکا ، کشورهای مشترک المنافع، ژاپن، و چین بیش از نیمی از مصرف ظاهری دنیا را به خود اختصاص می دهند.
میزان مصرف ظاهری سنگ آهن در جهان در طی این دوره ۱۹۹۷ (۲۰۰۱ ـ با نرخ رشد ۱/۰ ـ ۲% میلیارد تن بوده که از ۳۱۳۶ میلیون تن در سال ۱۹۹۷ به ۲۲۳۰ میلیون تن در سال ۱۹۹۹ و ۳۱۱۴ میلیون تن در سال ۲۰۰۱ کاهش یافته است.