احياي مستقيم به هر فرآيندي که طي آن آهن از سنگ آهن در دمايي پايين‌تر از دماي ذوب ماده مورد نظر استخراج شود، اطلاق مي‌شود.
آهن کاهش يافته (DRI) نام خود را از تغييرات شيميايي که سنگ آهن تحت حرارت در کوره در دماهاي بالا در حضور گازهاي غني از هيدروکربن، مونوکسيدکربن و يا کربن عنصري به دست مي‌آيد گرفته است.
گاز احياکننده معمولا مخلوطي از گاز هيدروژن (H2) و کربن مونوکسيد (CO) بوده و فرآيند در بازدهي دمايي بين 800 تا 1200 درجه سانتيگراد انجام مي‌شود.
فرآيند کاهش مستقيم تقريبا به دو دسته گاز و ذغال سنگ تقسيم مي‌شود. در هر دو مورد هدف از اين فرآيند، حذف اکسيژن موجود در اشکال مختلف سنگ آهن (سنگ معدن، کنسانتره، گندله، پوسته اکسيدي، گرد و غبار و غيره) به منظور تبديل ماده اوليه به آهن فلزي، بدون ذوب کردن (زير 1200 درجه سانتيگراد) آن مي‌باشد.
هم اکنون توليد به شيوه DRI با موفقيت در بخش‌هاي مختلف دنيا انجام مي‌شود. زيرا سرمايه‌گذاري اوليه و هزينه‌هاي عملياتي کارخانه‌هاي توليد آهن اسفنجي در مقايسه با کارخانه‌هاي فولاد يکپارچه کم و براي کشورهاي در حال توسعه که در آن منابع ذغال سنگ محدود مي‌باشند، مناسب است.
آهن اسفنجي درصد آهني معادل با آهن قراضه (بين 90 تا 94 درصد دارد) بنابراين ماده اوليه مناسبي براي استفاده در کارگاه‌هاي توليدي کوچک بوده و امکان توليد گريدهايي با خلوص بالاتر با استفاده از قراضه هايي با خلوص پايين‌تر بوجود مي‌آورد.
آهن داغ بريکت شده (HBI) يک فرم فشرده از DRI بوده که قابليت حمل و نقل، جابجايي و ذخيره‌سازي را دارد.
شايان ذکر است روش DRI داراي مشکلاتي هم مي‌باشد که از جمله آن مي‌توان اشاره کرد که آهن اسفنجي اگر در مقابل هوا و رطوبت محافظت نشود به دليل حساسيت زياد مجددا اکسيد مي‌گردد.
بالک آهن احتمال احتراق داشته زيرا خاصيت اشتعال‌زايي دارد. برخلاف آهن قراضه که تقريبا آهن خالص مي‌باشد، آهن اسفنجي داراي ناخالصي سيلسيومي بوده و بايد در فرآيند آن جداسازي شود.
منبع حرارتي:
کک (در واقع کربن ناخالص) در کوره پخت با هواي داغ طي يک واکنش به شدت گرماده مي‌سوزد که اين واکنش سوختن منبع اصلي حرارت در کوره مي‌باشد.
واکنش 1: C + O2 = CO2
احياي سنگ آهن در دماي بالا و پايين کوره، کربن دي اکسيد با کربن واکنش داده و کربن مونوکسيد توليد مي‌کند.
واکنش 2: C + Co2 = 2Co
کربن مونوکسيد جزء اصلي احيا کننده در کوره پخت مي‌باشد.
واکنش 3: Fe2O3 + 3Co = 2Fe + 3Co
در قسمت‌هاي داغ‌تر کوره، کربن به عنوان جزء احياکننده عمل مي‌کند.
توجه شود که در دماهاي بالاتر، محصول جانبي به جاي کربن دي اکسيد، کربن مونوکسيد مي‌باشد.
واکنش 4: Fe2o3 + 3C = 2Fe + 3Co
آهن اسفنجي با استفاده از ذغال غير کک شو از طريق فرآيند احياي سنگ آهن در کوره دوار توليد مي‌شود. احيا در يک درجه حرارت از پيش تعيين شده و فشار اتمسفري کنترل شده صورت مي‌پذيرد. مواد اوليه ورودي مانند سنگ آهن، ذغال کک نشو و مواد گدازنده مانند سنگ آهک يا دولوميت در اندازه‌هاي معين به کمک تغذيه‌کننده‌هاي وزني و حجمي به داخل کوره دوار ريخته مي‌شوند. به دليل شيب و حرکت چرخشي کوره دوار، مواد اوليه به آهستگي از داخل کوره عبور کرده و طي واکنش‌هاي صورت گرفته به آهن اسفنجي تبديل مي‌شوند، سپس مواد به خنک‌کننده دوار وارد و در آنجا خنک مي‌شوند.
درجه حرارت محصول خنک شده در حدود 80 الي 100 درجه سانتيگراد بوده که از خنک‌کننده تخليه شده و سپس به سيستم جداسازي و جابجايي منتقل مي‌شود.
محصول که شامل آهن اسفنجي با مواد مغناطيسي مانند ذغال و غيره است توسط غربال به اندازه‌هاي مختلف جداسازي شده و سپس توسط جداکننده مغناطيسي جدا مي‌شود، سپس آهن اسفنجي به يک مخزن ريخته شده و بيرون فرستاده مي‌شود.
بررسي فني کوره
تمام واکنش‌هاي صورت گرفته در کوره استوانه اي دوار حول محور خود و داراي شيبي ملايم (زير 5 درجه) نسبت به زمين رخ مي‌دهد، سنگ و يا گندله‌هاي هماتيتي و مگنتيتي با محتواي ذغال و سنگ آهک و يا دولوميت به کوره گردان وارد شده و ضمن حرکت در خلاف جهت جريان گاز، گرم شده و در دمايي حدود 1100 درجه سانتيگراد تا حدود 92 درصد احيا و به آهن اسفنجي تبديل مي‌شوند.
از ويژگي‌هاي اين روش، نصب لوله هايي در طول بدنه کوره دوار و نصب يک مشعل در محل خروجي آهن اسفنجي است. با اين تجهيزات تنظيم دقيق درجه حرارت در طول کوره ممکن مي‌گردد.
مزاياي روش کوره دوار:
توليد آهن اسفنجي حاوي کربن که مي‌تواند در فولادسازي مفيد باشد، امکان استفاده از سنگ آهن‌هاي مختلف و به صورت‌هاي متفاوت نظير نرمه سنگ، گندله‌ها و دانه‌هاي سنگ و کلوخه.
ويژگي‌هاي روش SL / RN:
- احيا در اين روش توسط کوره دوار انجام مي‌شود.
- مي‌توان از ذغال سنگ کک نشو به عنوان عامل احياکننده و سنگ آهن و دولوميت به عنوان کمک ذوب استفاده کرد.
- آهن اسفنجي سرد يا مذاب از بار گندله يا کلوخه سنگ آهن، ماسه ساحلي، ايلمينت، FeTio3، کربن و ذغال توليد مي‌شود.
- يکي از طرح‌هاي موفق براي کاهش مصرف انرژي مي‌باشد.
- حداکثر ظرفيت روش SL / RN 500 تن در روز و حداقل 15 هزار تن در ماه است و روش مناسبي براي بخش خصوص و معادن سنگ آهن کوچک هماتيتي است. از مزيت‌هاي اصلي پروژه مذکور امکان استفاده از حرارت دود خروجي کوره و توليد 12 مگاوات برق توسط واحد نيروگاه مي‌باشد.
