معمولاً برای تولید شمش و محصولات فولادی، از آهن‌قراضه(ضایعات آهنی) یا آهن اسفنجی استفاده می‌شود. آهن اسفنجی چیست و چه کاربردی دارد؟ به چه چیزی آهن‌قراضه می‌گویند؟ با آهن‌آلات شکوهیان همراه باشید تا بررسی کاملی در مورد آهن اسفنجی، روش تولید و کاربردهای آن داشته باشیم.

آهن اسفنجی چیست؟

سنگ‌آهن را از معادن استخراج می‌کنند، سپس با کمک گاز (گازهای کاهنده) یا زغال‌سنگ در کوره‌های بلند حرارت داده و اکسیژن آن را جدا می‌کنند. محصول این فرایند آهن اسفنجی (با نام اختصاری DRI) نام دارد.

به سنگ آهنی که اکسیژن آن را جدا کرده باشند آهن اسفنجی گفته می‌شود. به فرایند جدا کردن اکسیژن از سنگ‌آهن را احیای آهن نیز می‌گویند.

می‌دانیم که از سنگ‌آهن استخراج شده از معادن نمی‌توان به‌طور مستقیم استفاده کرد. سنگ‌آهن باید طی مراحل مختلف فراوری‌شده تا قابل‌تبدیل به محصولات فولادی و آهنی مختلف شود. مراحل تبدیل سنگ‌آهن به مقاطع فولادی به‌صورت زیر است:

سنگ‌آهن >> تبدیل به گندله>> آهن اسفنجی>> شمش فولادی>> تبدیل به مقاطع فولادی

برای احیای آهن و جدا کردن اکسیژن آن در کوره‌های بلند با دمای 800 تا 1200 درجه سانتی‌گراد نیاز به گازهایی است که به آن‌ها گازهای کاهنده می‌گویند. گازهای هیدروژن، مونوکسید کربن کار احیای سنگ‌آهن را در کوره انجام می‌دهند. در کوره‌های بلند از ذغال سنگ به‌عنوان احیاکننده نیز استفاده می‌شود، زیرا هم نقش کاهنده را دارد هم حرارت بالایی ایجاد می‌کند.

اکنون کشور هند و بعد از آن ایران بزرگ‌ترین تولیدکننده آهن اسفنجی در جهان به شمار می‌روند.

آهن اسفنجی را بشناسید

روش‌های تولید آهن اسفنجی

بنا بر توضیحات فوق دو روش برای تولید آهن اسفنجی وجود دارد:

  • با استفاده از گاز طبیعی:
    * روش Y.L
    * روش Purofer
    * روش Midrex
  • با استفاده از ذغال سنگ
    * روش RHF
    * روش ITmk3
    * روش SL/RN
    * روش Corex

در هر دو روش باید اکسیژن را از آهن جدا کرد؛ و در هر دو روش دمای بالایی در کوره‌های بلند به آهن داده می‌شود تا در نقطه ذوب فرایند احیا انجام شود. حالا به خوبی متوجه شده اید که آهن اسفنجی چیست، بنابراین می توانیم به سراغ مفهوم دیگری به نام بریکت برویم.

بریکت چیست؟

به آهن اسفنجی که در هنگام تولید در قالب تکه‌های بزرگ درآمده و فشرده‌شده است، بریکت می‌گویند. بریکت در دو نوع سرد و گرم تولید می‌شود.

بریکت گرم:

که با نام اختصاری HBI نیز مشخص می‌شود، محصولی است که در دمای بالاتر از 650 درجه و از آهن اسفنجی گرم (HDRI) تولید می‌شود. حمل‌ونقل این محصول بسیار راحت است.

بریکت سرد آهنی – بریکت نرمه:

هنگام بریکت سازی سرد، در دمای محیط مواد ورودی را وارد ماشین بریکت زنی می‌کنند و بر اساس نوع مواد ورودی، دو محصول بریکت نرمه و بریکت سرد تولید می‌شود.

آهن اسفنجی چه مزایایی دارد

  • آهن اسفنجی حدود 90 تا 94 درصد آهن خالص دارد. بر این اساس می‌توان آن را در کوره‌های قوس الکتریکی در کارخانه‌های مختلف وجود دارد استفاده کرده و فولاد با کیفیت تولید نمود. این کار استفاده از ضایعات را کاهش می‌دهد.
  • آهن اسفنجی گرم یا HDRI به آهنی گفته می‌شود که پس از خروج از کوره و قبل از سرد شدن بلافاصله وارد کوره قوس الکتریکی شود. این کار در مصرف وقت و انرژی صرفه‌جویی می‌کند.
  • در فرایند تولید فلز از آهن(قیمت آهن) اسفنجی نیاز به کوره بلند و دمای زیاد نیست. در دمای حدود 1100 درجه هم می‌توان با آهن اسفنجی فلز تولید کرد اما با این روش در مقایسه با روش ریخته‌گری در کوره‌های بلند، در زمان مشابه آهن کمتری تولید می‌شود.

آهن اسفنجی چیست

حدود 66 درصد فولاد تولیدشده در جهان از روش کوره بلند و حدود 32 درصد آن نیز با روش کوره‌های الکتریکی و با احیای مستقیم تولید می‌شود. بااین‌وجود استفاده از روش احیای مستقیم و کوره الکتریکی محبوبیت زیادی به‌خصوص در کشور ما دارد. دلیل این موضوع چیست؟ چه چیزی استفاده از آهن اسفنجی را توجیه می‌کند؟

  • در مقایسه با روش استفاده از آهن‌قراضه، روش احیای مستقیم سریع‌تر است.
  • هزینه راه اندازه کوره بلند بالا است.
  • کوره بلند محدودیت‌های زیست‌محیطی زیادی دارد.
  • عیار آهن اسفنجی از آهن خام بالاتر است.
  • برای استفاده از کوره بلند یاز به ظرفیت بالا است درحالی‌که با استفاده از کوره الکتریکی می‌توان در واحدهای کوچک‌تر نیز تولید فلز انجام داد.
  • در روش احیای مستقیم می‌توان از گاز طبیعی استفاده کرد.

آهن اسفنجی چه معایبی دارد

آهن اسفنجی خیلی زود اکسید می‌شود به همین دلیل به‌صورت خام در طبیعت یافت نمی‌شود؛ و بعد از احیای سنگ‌آهن و تبدیل به آهن اسفنجی خیلی سریع آن تبدیل می‌کنند. اگر آهن اسفنجی را بدون حفاظ رها کنند به‌راحتی زنگ می‌زند. همچنین آهن اسفنجی در حالت خمیری به‌راحتی مشتعل می‌شود.

چدن نیز همانند آهن اسفنجی از فراورده‌های آهن است اما مقدار ناخالصی‌های آهن اسفنجی بیشتر بوده و در فرایند تبدیل به فولاد باید از آن جدا شود.