احیای مستقیم به هر فرآیندی که طی آن آهن از سنگ آهن در دمایی پایین‌تر از دمای ذوب ماده مورد نظر استخراج شود، اطلاق می‌شود.
آهن کاهش یافته (DRI) نام خود را از تغییرات شیمیایی که سنگ آهن تحت حرارت در کوره در دماهای بالا در حضور گازهای غنی از هیدروکربن، مونوکسیدکربن و یا کربن عنصری به دست می‌آید گرفته است.
گاز احیاکننده معمولا مخلوطی از گاز هیدروژن (H2) و کربن مونوکسید (CO) بوده و فرآیند در بازدهی دمایی بین 800 تا 1200 درجه سانتیگراد انجام می‌شود.
فرآیند کاهش مستقیم تقریبا به دو دسته گاز و ذغال سنگ تقسیم می‌شود. در هر دو مورد هدف از این فرآیند، حذف اکسیژن موجود در اشکال مختلف سنگ آهن (سنگ معدن، کنسانتره، گندله، پوسته اکسیدی، گرد و غبار و غیره) به منظور تبدیل ماده اولیه به آهن فلزی، بدون ذوب کردن (زیر 1200 درجه سانتیگراد) آن می‌باشد.
هم اکنون تولید به شیوه DRI با موفقیت در بخش‌های مختلف دنیا انجام می‌شود. زیرا سرمایه‌گذاری اولیه و هزینه‌های عملیاتی کارخانه‌های تولید آهن اسفنجی در مقایسه با کارخانه‌های فولاد یکپارچه کم و برای کشورهای در حال توسعه که در آن منابع ذغال سنگ محدود می‌باشند، مناسب است.
آهن اسفنجی درصد آهنی معادل با آهن قراضه (بین 90 تا 94 درصد دارد) بنابراین ماده اولیه مناسبی برای استفاده در کارگاه‌های تولیدی کوچک بوده و امکان تولید گریدهایی با خلوص بالاتر با استفاده از قراضه هایی با خلوص پایین‌تر بوجود می‌آورد.
آهن داغ بریکت شده (HBI) یک فرم فشرده از DRI بوده که قابلیت حمل و نقل، جابجایی و ذخیره‌سازی را دارد.
شایان ذکر است روش DRI دارای مشکلاتی هم می‌باشد که از جمله آن می‌توان اشاره کرد که آهن اسفنجی اگر در مقابل هوا و رطوبت محافظت نشود به دلیل حساسیت زیاد مجددا اکسید می‌گردد.
بالک آهن احتمال احتراق داشته زیرا خاصیت اشتعال‌زایی دارد. برخلاف آهن قراضه که تقریبا آهن خالص می‌باشد، آهن اسفنجی دارای ناخالصی سیلسیومی بوده و باید در فرآیند آن جداسازی شود.
منبع حرارتی:
کک (در واقع کربن ناخالص) در کوره پخت با هوای داغ طی یک واکنش به شدت گرماده می‌سوزد که این واکنش سوختن منبع اصلی حرارت در کوره می‌باشد.
واکنش 1: C + O2 = CO2
احیای سنگ آهن در دمای بالا و پایین کوره، کربن دی اکسید با کربن واکنش داده و کربن مونوکسید تولید می‌کند.
واکنش 2: C + Co2 = 2Co
کربن مونوکسید جزء اصلی احیا کننده در کوره پخت می‌باشد.
واکنش 3: Fe2O3 + 3Co = 2Fe + 3Co
در قسمت‌های داغ‌تر کوره، کربن به عنوان جزء احیاکننده عمل می‌کند.
توجه شود که در دماهای بالاتر، محصول جانبی به جای کربن دی اکسید، کربن مونوکسید می‌باشد.
واکنش 4: Fe2o3 + 3C = 2Fe + 3Co
آهن اسفنجی با استفاده از ذغال غیر کک شو از طریق فرآیند احیای سنگ آهن در کوره دوار تولید می‌شود. احیا در یک درجه حرارت از پیش تعیین شده و فشار اتمسفری کنترل شده صورت می‌پذیرد. مواد اولیه ورودی مانند سنگ آهن، ذغال کک نشو و مواد گدازنده مانند سنگ آهک یا دولومیت در اندازه‌های معین به کمک تغذیه‌کننده‌های وزنی و حجمی به داخل کوره دوار ریخته می‌شوند. به دلیل شیب و حرکت چرخشی کوره دوار، مواد اولیه به آهستگی از داخل کوره عبور کرده و طی واکنش‌های صورت گرفته به آهن اسفنجی تبدیل می‌شوند، سپس مواد به خنک‌کننده دوار وارد و در آنجا خنک می‌شوند.
درجه حرارت محصول خنک شده در حدود 80 الی 100 درجه سانتیگراد بوده که از خنک‌کننده تخلیه شده و سپس به سیستم جداسازی و جابجایی منتقل می‌شود.
محصول که شامل آهن اسفنجی با مواد مغناطیسی مانند ذغال و غیره است توسط غربال به اندازه‌های مختلف جداسازی شده و سپس توسط جداکننده مغناطیسی جدا می‌شود، سپس آهن اسفنجی به یک مخزن ریخته شده و بیرون فرستاده می‌شود.
بررسی فنی کوره
تمام واکنش‌های صورت گرفته در کوره استوانه ای دوار حول محور خود و دارای شیبی ملایم (زیر 5 درجه) نسبت به زمین رخ می‌دهد، سنگ و یا گندله‌های هماتیتی و مگنتیتی با محتوای ذغال و سنگ آهک و یا دولومیت به کوره گردان وارد شده و ضمن حرکت در خلاف جهت جریان گاز، گرم شده و در دمایی حدود 1100 درجه سانتیگراد تا حدود 92 درصد احیا و به آهن اسفنجی تبدیل می‌شوند.
از ویژگی‌های این روش، نصب لوله هایی در طول بدنه کوره دوار و نصب یک مشعل در محل خروجی آهن اسفنجی است. با این تجهیزات تنظیم دقیق درجه حرارت در طول کوره ممکن می‌گردد.
مزایای روش کوره دوار:
تولید آهن اسفنجی حاوی کربن که می‌تواند در فولادسازی مفید باشد، امکان استفاده از سنگ آهن‌های مختلف و به صورت‌های متفاوت نظیر نرمه سنگ، گندله‌ها و دانه‌های سنگ و کلوخه.
ویژگی‌های روش SL / RN:
- احیا در این روش توسط کوره دوار انجام می‌شود.
- می‌توان از ذغال سنگ کک نشو به عنوان عامل احیاکننده و سنگ آهن و دولومیت به عنوان کمک ذوب استفاده کرد.
- آهن اسفنجی سرد یا مذاب از بار گندله یا کلوخه سنگ آهن، ماسه ساحلی، ایلمینت، FeTio3، کربن و ذغال تولید می‌شود.
- یکی از طرح‌های موفق برای کاهش مصرف انرژی می‌باشد.
- حداکثر ظرفیت روش SL / RN 500 تن در روز و حداقل 15 هزار تن در ماه است و روش مناسبی برای بخش خصوص و معادن سنگ آهن کوچک هماتیتی است. از مزیت‌های اصلی پروژه مذکور امکان استفاده از حرارت دود خروجی کوره و تولید 12 مگاوات برق توسط واحد نیروگاه می‌باشد.
