خشته

ساخت بریکت زغال‌سنگ بطور کلی به‌منظور ساخت زغال‌های بزرگ‌تر برای مصرف بوده است. کشاورزان ولز غربی پودر آنتراسیت را با خاک رس و کمی آب مخلوط می‌کردند و به شکل گلوله در می‌آوردند و خشک می‌کردند. متداول‌ترین ماده ‌ای که به عنوان چسب استفاده می‌شد قیر (pitch) بود، باقیمانده‌ای که هنگام تقطیر قطران زغال‌سنگ باقی می‌ماند. این بریکت‌ها جدا از فرآیند تولید کثیف، فرآیند سوختنشان هم کثیف بود.

سایر چسب های مورد استفاده عبارتند از:

• قیر تار (tar)
• نفت خام
• پیت (Pete)
• سیلیکات سدیم
• ملاس
• سولفیت لی
• نشاسته

معایب برخی از این چسب‌ها هزینه بالا و ضد آب نبودن آن‌هاست و از مزایای آن‌ها می توان به عدم دودکردن اشاره کرد زیرا قیر هنگام سوختن حجم زیادی از دودهای سنگین تولید می‌کند. بریکت‌ها بدون چسب ساخته شده‌اند اما عموماً به صورت محلی به عنوان سوخت خانگی برای به حداقل رساندن شکستگی ناشی از جابجایی استفاده می شوند.

متداول‌ترین نوع بریکت زغال حاوی مواد زیر است:

چنین بریکتی را می توان در هر آب و هوایی نگهداری کرد. در ابتدا بریکت‌ها بزرگ و به شکل آجر بودند اما با گذشت زمان به شکل تخم‌مرغی تولید می شوند.

زغال فشرده از جمله مواردی است که در صنایع و بخش‌های مختلف، به کار برده می‌شود. برای جلوگیری از نابود شدن جنگل‌ها و قطع درختان، به جای استفاده از چوب درختان برای تولید زغال، از ضایعات کشاورزی استفاده می‌شود.

در تولید زغال با استفاده از ضایعاتی مانند خاک اره، به تولید بریکت زغال نیاز است. از این طریق زغال فشرده، با ویژگی‌هایی بهتر از زغال‌های سنتی، ایجاد می شود. بریکت زغال در واقع همان زغال فشرده خام است. بریکت زغال، مرحله قبل از پخت و تبدیل مواد اولیه به زغال‌های فشرده است.

مواد تشکیل دهنده

برای تولید زغال فشرده، فقط از قطعات سوخته شده چوب استفاده نمی‌شود؛ بلکه خاکستر حاصل از سوخت چوب را با مواد دیگر (مانند چسب‌های معمولی) ترکیب می‌کنند. این مواد عبارتند از:

• خاک اره: انواع خاک اره در تولید بریکت زغال فشرده استفاده می‌شود. خاک اره اصلی‌ترین ماده اولیه مورد استفاده برای تولید بریکت زغال است. خاک اره مورد نیاز را می‌توان از ضایعات چوبی موجود در کارگاه‌های مختلف (از جمله کارگاه‌های ساخت مبلمان، ساخت وسایل چوبی مختلف، ساخت تخت‌های راحتی و سایر صنایعی که از چوب استفاده می‌کنند)، تهیه کرد. این ماده در بخش‌های مختلف و به مقدار زیاد، یافت می‌شود و این امر، یکی از مهم‌ترین دلایل پربازده بودن صنعت تولید زغال‌های فشرده در ایران است.

• پوست گردو: پوست گردو، از جمله مواد موجود در طبیعت است که دارای چربی طبیعی است. این چربی طبیعی سبب می‌شود زغال فشرده‌ای که در دستگاه تولید می‌شود، ماندگاری بالایی نسبت به سایر زغال‌ها داشته باشد. همچنین این چربی باعث می شود زغال فشرده تولید شده، نسبت به سایر زغال‌ها، بهتر و راحت‌تر بسوزد. ماده موردنظر در واقع همان دور ریز گردو و ضایعات آن است و مانند خاک اره، به راحتی در ایران یافت می‌شود. در ایران باغ‌های گردوی فراوانی وجود دارد و به همین دلیل، استفاده از پوست گردو برای تولید زغال‌های فشرده، به صرفه است. این امر نیز موجب پر رونق بودن صنعت تولید زغال‌های فشرده شده است. میزان رطوبت این ماده در کیفیت بریکت تولیدی موثر است. گردوهای موجود در فصل تابستان، از مرغوبیت و رطوبت مناسبی بر خوردار هستند. علاوه بر این، در فصل تابستان، گردو به راحتی و به فراوانی وجود دارد.

• خاک زغال: نام دیگر این ماده، خاک کربن است. نسبت به خاک اره و پوست گردو، از درصد خاک زغال کمتری برای تولید بریکت زغال استفاده می شود.

روش تولید

مراحل تولید بریکت زغال به شرح زیر است:

• ابتدا، مواد اولیه ذکر شده با نسبت معینی تکه تکه و خرد می شوند. برای این امر، مواد اولیه در یک دستگاه آسیاب قرار می‌گیرند.
• در مرحله بعد با الک کردن مواد با دستگاه سرند مواد اضافی و یا مواد با سایزهای بزرگتر جدا شده و سپس رطوبت‌گیری می شوند.
• پس از طی شدن این مراحل و به دست آمدن یک ترکیب یکدست از مواد اولیه با نسبت مناسب با یکدیگر، نوبت به استفاده از دستگاه اکسترودر می‌رسد. اصلی‌ترین دستگاه مورد استفاده در خط تولید زغال فشرده، دستگاه اکسترودر است. در این مرحله مواد ترکیب شده، توسط اکسترودر فشرده سازی می‌شوند.
• مواد خروجی از اکسترودر که شکل خمیری هستند‌ به کمک قالب به شکل نهایی درمی‌آیند.

در مرحله بعد، بریکت زغال خام حاصل شده، وارد کوره صنعتی یا سنتی می‌شود. در این مرحله این ماده پخته شده و به زغال فشرده تبدیل می‌شود.

قابل ذکر است که خود بریکت می تواند کاربردهای خاصی داشته باشد. مهم ترین کاربرد بریکت یا زغال خام ، استفاده از آن به عنوان سوخت در شومینه، کوره و... است. با استفاده کردن از بریکت زغال به عنوان سوخت، دیگر نیازی به تهیه هیزم و قطع شاخه های درختان برای به دست آوردن چوب نیست و همچنین بریکت بسیار راحت تر می سوزد، رطوبت ندارد، گرما و ماندگاری طولانی تری دارد و حمل و جابجایی آن نیز آسان تر است.

نحوه تولید و فرمول ساخت زغال فشرده، تازه بودن و میزان رطوبت مواد اولیه یکی از عوامل موثر بر کیفیت بریکت زغال است. و ترک، قوس، خوب فشرده نشدن مواد و سفتی بیش از حد بریکت از موارد ظاهری‌ای هستند که نشان‌دهنده کیفیت کم بریکت زغال می باشند.

بریکت آهن همان آهن اسفنجی یا DRI می‌باشد، با این تفاوت که در زمان تولید، به‌صورت فشرده شکل گرفته است. بریکت آهن اسفنجی محصولی است که در بسیاری از واحدهای فولادسازی دنیا مورد استفاده قرار می‌گیرد. فرآیند بریکت سازی آهن اسفنجی با توجه به دمای آهن اسفنجی ورودی به ماشین بریکت زنی، به دو گروه بریکت سازی سرد و بریکت سازی گرم تقسیم بندی می‌شود. در این فرآیند با توجه به نوع مواد ورودی به ماشین، دو نوع محصول شناخته شده است که عبارتند از: بریکت نرمه آهن اسفنجی (CBI) و بریکت سرد آهن و کربن (CBIC).

کاربردها

• کاهش مصرف کک و بهبود کیفیت بار فلزی در کوره بلند
• تبدیل ضایعات در کوره‌های القایی و قوس الکتریکی
• تولید فولاد آلیاژی به خاطر کربن و ناخالصی بسیار کم
• استفاده در مواد معدنی
• استفاده در تولید فولاد

آهن اسفنجی با وجود تمام مزایایی که دارد با معایبی نیز همراه است. یکی از روش‌هایی که برای کاهش این معایب پیشنهاد شده است فشرده سازی و تولید بریکت از آهن اسفنجی است. برخی از دلایل تبدیل آهن اسنفجی به بریکت عبارتند از:

• آهن اسفنجی ماده‌ای متخلخل و در واحد حجم وزن آن پایین است در نتیجه حمل و نقل آن مقرون به صرفه نیست.

• باز هم به دلیل ساختار متخلخل آهن اسفنجی، قابلیت اشتعال آن بالاست، یعنی می‌تواند به صورت خود به خود متشعل شود.

• پتانسیل اکسید شدن آهن اسنفجی بالاست و اکسید شدن آهن، می‌تواند راندمان فرایند تولید فولاد را کاهش دهد.

• استحکام مکانیکی آهن اسفنجی پایین است و احتمال خرد شدن و تبدیل آن به ذرات ریز در حمل و نقل وجود دارد. این ذرات در زمان شارژ به صورت گرد و غبار از کوره خارج می شوند و راندمان را کاهش می‌دهند و می توانند باعث آسیب به سایر تجهیزات نیز بشود.
• امکان آلیاژسازی در حین ساخت بریکت آهن وجود دارد.
• کیفیت بریکت‌ها به دلیل عدم کاهش عیار فلزی یکنواخت است.
• راندمان تولید فولاد با استفاده از بریکت، به دلیل اکسیژن درصد پایین، بالاتر است.
• درجه فلزی در بریکت آهن بیش از ۹۶ درصد است.

با توجه به موارد ذکر شده مشخص است که یکی از راه‌های کاهش تخلخل آهن اسفنجی، فشرده کردن آن است. بریکت آهن اسفنجی، بسیاری از معایب آهن اسفنجی را ندارد اما با توجه به اینکه برخی هزینه‌ها مانند حمل و نقل آهن اسفنجی و انجام عملیات بریکت زنی روی آن انجام شده است، طبیعتاً قیمتی بالاتر از آهن اسفنجی دارد.

انواع بریکت آهن

بریکت سرد

اگر در فرایند بریکت سازی، مواد اولیه در دمای محیط وارد ماشین بریکت زنی شوند، به محصول نهایی، بریکت سرد می‌گویند. بریکت سرد با استفاده از کوره تونلی ساخته می‌شود و در فرایند تولید آن از زغال‌سنگ استفاده می‌کنند. زغال‌سنگ نقش گاز احیاکننده مونواکسید کربن را بازی می‌کند و آهن اسفنجی پس از احیا توسط این گاز، با آب و چسب مخلوط شده و در دستگاه بریکت زنی تحت‌فشار بالا قرار می‌گیرد تا تبدیل به بریکت شود. بریکت سرد کروی شکل و توپر است و از نظر ابعاد و شکل با بریکت گرم تفاوت دارد. تعداد قابل توجهی از واحدهای احیای مستقیم موجود در دنیا، تولیدکننده آهن اسفنجی سرد (CDRI) می‌باشند. خواص ذاتی آهن اسفنجی مانند سطح ویژه بالا، مقاومت پایین در مقابل اکسایش و سایش و همچنین خواص مکانیکی ضعیف باعث شده که فرآیند ذخیره سازی و حمل و نقل این محصول همواره با خطرات و چالش‌هایی همراه باشد.

بریکت گرم

فرایند ساخت بریکت گرم، ادامه فرایند تولید آهن اسفنجی است و برای ساخت آن، از کوره‌های احیای مستقیم استفاده می‌کنند. در این کوره‌ها، دمای آهن اسفنجی تا 650 درجه سانتی‌گراد بالا می‌رود و پس از انجام شدن فرایندهای احیا توسط گاز، آن را وارد دستگاه بریکت سازی می‌کنند. دمای بالای سنگ‌آهن باعث می‌شود که بریکت تولیدشده از آن، فشرده‌تر از بریکت سرد باشد و تخلخل کمتری داشته باشد. همچنین بریکت گرم، شکلی شبیه به مستطیل دارد. این نوع بریکت شناخته شده ترین محصول جهت حمل و نقل آسان و ایمن آهن اسفنجی در سطح جهان به شمار می‌رود. از جمله خواص بریکت گرم آهن اسفنجی که باعث تسهیل در حمل و نقل آن گشته می‌توان به سطح ویژه پایین، چگالی و استحکام مکانیکی بالا و مقاومت مطلوب در برابر اکسیداسیون اشاره نمود.

بریکت نرمه آهن

در صنعت فولادسازی مانند هر صنعت دیگری، استفاده بهینه از مواد جانبی جایگاه ویژه‌ای دارد. معمولاً در واحدهای احیای مستقیم، مقادیری نرمه آهن اسفنجی تولید می گردد که به دلیل ابعاد ریز و کوچکتر از ۶ میلی‌متر، شارژ مستقیم آن‌ها به کوره فولادسازی موجب کاهش راندمان تولید و افزایش تلفات می‌گردد.

بریکت سازی نرمه آهن اسفنجی راهکاری مرسوم جهت استفاده بهینه از محصولات جانبی واحد احیای مستقیم است. از آنجا که حجم تولید نرمه آهن اسفنجی در واحد احیای مستقیم محدود است (کمتر از ۱۰% حجم تولید واحد احیای مستقیم)، ظرفیت واحد بریکت سازی از نرمه نیز محدود بوده و معمولاً از این ماده در واحدهای فولادسازی مجاور واحد احیای مستقیم استفاده می‌شود.

به بیان دیگر این محصول به دلیل تولید محدود و خواص نه‌چندان مطلوب نسبت به سایر اعضای خانواده آهن اسفنجی، هیچگاه به عنوان محصولی تجاری در بازارهای جهانی مطرح نبوده است.

تولید بریکت آهن در ایران

کشور ایران، دومین تولید کننده آهن اسفنجی در جهان است و از واردات آن بی‌نیاز است. همچنین با توجه به مازاد تولید، صادرکننده بریکت آهن نیز است. بر اساس آمار اعلام شده، در پنج ماهه نخست سال 1400 بالغ بر 490 هزار تن آهن اسنفجی صادر شده است که در مقایسه با مدت مشابه سال گذشته 190 درصد رشد داشته است. صادرات آهن اسفنجی به صورت بریکت راحتر و مقرون به صرفه تر است و خطرات حمل آهن اسفنجی را نیز ندارد.

• آهن اسفنجی
• فولادسازی
• زغال سنگ
• زغال فشرده