با رشد و گسترش فولادسازی در سراسر جهان، نیاز به منبع و معادن برای استخراج آهن افزایش خواهد یافت. صرف‌نظر از مسیر تولید فولاد، برای ساخت انواع آهن آلات، روش احیای مستقیم سنگ آهن نیز قبل از مرحلۀ تولید فولاد وجود دارد.
از این روش برای تولید آهن اسفنجی استفاده می‌شود. در این مقاله قصد داریم با آهن اسفنجی به‌طور کامل آشنا شویم. برای کسب اطلاعات بیشتر تا انتهای مقاله همراه ما باشید.
فهرست مطالب
آهن اسفنجی چیست؟
آهن اسفنجی یک مادۀ اولیه فلزی بر پایه سنگ معدن است که با حذف اکسیژن شیمیایی از گلوله‌های اکسید آهن و سنگ معدن به دست میآید. این محصول بدون نیاز به فرآیند ذوب ساخته می‌شود.
احیای مستقیم سنگ آهن دارای مقدار زیادی آهن و مقدار کمی مس و سایر فلزات نامطلوب و مقداری نیتروژن است. به احیای مستقیم سنگ آهن Direct reduction of iron یا به اختصار (DRI) گفته می‌شود.
منظور از احیای مستقیم سنگ آهن چیست؟
این روش برای تولید طیف وسیعی از محصولات فولادی کاربرد دارد که از انواع مصالح ساختمانی تا بدنۀ خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرد.
احیای مستقیم سنگ آهن موجب افزایش کیفیت محصول، تولید میلگرد مرغوب و صفحات بدون درز می‌شود. باتوجه به ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آن می‌توان گفت برای استفاده در کوره قوس الکتریکی (EAF)، کوره بلند (BF) و تولید فولاد بر پایه اکسیژن مناسب است.
بخوانید: ساخت میلگرد | آشنایی جامع با فرآیند تولید میلگرد
روش احیای مستقیم سنگ آهن، محصول احیای مستقیم سنگ آهن در حالت جامد توسط مونوکسید کربن و هیدروژن حاصل از گاز طبیعی یا زغال سنگ است.
اکثر کارخانه‌های احیا مستقیم گاز، بخشی از آسیاب‌های فولادی یکپارچه هستند که در مجاورت کارخانه فولاد کوره قوس الکتریکی (EAF) واقع شده‌اند. آهن اسفنجی می‌تواند به صورت گرم یا سرد به کوره ریخته شود.
روش تولید آهن اسفنجی
کاهش مستقیم آهن عبارت است از حذف اکسیژن از سنگ آهن یا سایر مواد آهن دار در حالت جامد. این روش مانند روش کوره بلند بدون ذوب شدن انجام می‌شود.
عوامل کاهنده، مونوکسید کربن و هیدروژن هستند که از گاز طبیعی اصلاح شده، گاز سنتز یا زغال سنگ ناشی می‌شوند. سنگ آهن بیشتر به شکل گلوله یا گندله استفاده می‌شود.
واکنش‌های شیمیایی دخیل در کاهش مستقیم آهن به شرح زیر است:
تفاوت گندله و آهن اسفنجی چیست؟
در روش احیای مستقیم، اولین مرحله، گندله سازی است. در واقع گندله اولین ماده در این روش برای تولید آهن اسفنجی است.
مراحل تولید آهن اسفنجی به‌ترتیب زیر است:
سنگ آهن پس از استخراج کنسانتره شده و به گُندِله تبدیل می‌شود؛ سپس آهن اسفنجی با استفاده از گندله‌ها تولید شده و شمش فولادی ساخته می‌شود.
تبدیل گندله به آهن اسفنجی در روش احیای مستقیم انجام می‌شود. ابعاد آهن اسفنجی نسبت به گندله بزرگ‌تر است؛ اما سؤالی که در این بین به‌وجو میآید این است که تفاوت بریکت با آهن اسفنجی چیست؟
باید گفت بریکت از فشردهسازی آهن اسفنجی به دست میآید و حجم بزرگتری دارد. روی سطح آهن اسفنجی تخلخل و سوراخ بیشتر است از این طریق می‌توان فرق بین این دو را تشخیص داد.
فرآیند احیای مستقیم سنگ آهن
چند روش برای کاهش مستقیم سنگ آهن وجود دارد:
- فرآیند تولید با کوره بر پایه گاز – 75/8 درصد تولید آهن اسفنجی را شامل می‌شود. در فرآیند مبتنی بر گاز عمدتاً از گندله سنگ آهن به عنوان ماده اولیه استفاده می‌کنند؛ اما گاهی اوقات با ریختن سنگ معدن در کوره در طول فرآیند گازی، از ریز سنگ آهن به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود؛
- فرآیند گازی بستر سیال – 0/2 تولید آهن اسفنجی را شامل می‌شود؛
- کوره دوار بر پایه زغال سنگ که بیشتر در هند قابل مصرف است و 24 درصد از تولید را شامل می‌شود. در این فرآیند از سنگ معدن در حجم زیاد و از گندله به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود.
تمامی این آمارها مربوط به سال 2019 است.
جالب است بدانید که :
در ایران برای احیای آهن اسفنجی، بیشتر از روش گازی استفاده می‌کنند.
روش تولید آهن اسفنجی با استفاده از گاز در سه حالت میدرکس و HYL و Purofer انجام می‌شود که دو روش اول متداول‌تر و پرکاربردتر هستند. اگر می‌خواهید با تولیدکنندگان آهن اسفنجی در ایران آشنا شوید روی لینک کلیک کنید.
برویم سراغ معرفی انواع روش تولید آهن با استفاده از گاز:
روش میدرکس
در این روش گاز طبیعی با کمک کاتالیزور و حرارت، در واحد شکست گاز تجزیه شده و مونواکسید کربن و هیدروژن، آزاد می‌کند.
سپس این دو گاز در کورۀ احیا با اکسیژن ترکیب می‌شود و سنگ آهن احیا شده تولید می‌گردد. سنگ آهن تولیدی با این روش دارای 67 درصد عیار می‌باشد.
روش HYl
در این روش از بخار آب علاوه بر گاز طبیعی برای افزایش مقدار هیدروژن استفاده می‌شود. نسبت کربن مونواکسید در روش HYI کمتر از مقدار هیدروژن است.
در فرایند تولید آهن اسفنجی با زغال سنگ از دو روش کوره تونلی و Sl/RN استفاده می‌شود.
حمل و نقل و انتقال آهن اسفنجی
حمل و نقل آهن اسفنجی از منابع یا کارخانجات تولید فولاد به کارخانۀ ساخت محصولات آهنی یا ارسال به کشورهای دیگر، چالش‌هایی به همراه دارد که بایستی همراه با مراقبت‌های لازم انجام شود.
آهن اسفنجی به‌عنوان یک مادۀ بسیار کاهش یافته، تمایل به اکسید مجدد دارد و یک واکنش گرمازا است؛ بنابراین بدون اقدامات احتیاطی مناسب در حمل و نقل و ذخیره‌سازی آن، خطر گرم شدن و آتش سوزی وجود دارد.
آهن کاهش یافته را با نام محمولۀ با خطر شیمیایی و در ردۀ مواد خطرناک طبقه‌بندی و ارسال می‌کنند. لازم است در جَو بی اثر حمل شود که در این راستا معمولا از نیتروژن کمک می‌گیرند.
جالب است بدانید که :
حمل و نقل آهن اسفنجی باید تحت شرایط مناسب مراقبتی انجام گردد تا از آتش سوزی و ایجاد خطر جلوگیری شود.
بخوانید: ترکیبات سنگ آهن | روش استخراج و تبدیل آن به فولاد
فولادسازی با آهن اسفنجی
تولید فولاد در کوره قوس الکتریکی در سراسر جهان در حال رشد می‌باشد. در سال‌های اخیر شاهد افزایش عرضه و استفاده از آهن خام، آهن اسفنجی و آهن گرم کلوخه شده (HBI) که به آن بریکت آهن هم گفته می‌شود، بودیم.
روش احیای مستقیم سنگ آهن به عنوان جایگزین ضایعات در نظر گرفته می‌شود و منبعی برای تولید فولاد می‌باشد. کارخانجاتی که از آهن قراضه استفاده می‌کردند، می‌توانند آهن اسفنجی را جایگزین آن بکنند.
این آهن یک ماده فلزی با درصد آهن بالا است و برای تولید محصولات با کیفیت آهن و فولاد استفاده می‌شود. می‌توان آهن اسفنجی را به صورت سرد ارسال کرد ولی به صورت داغ هم می‌توان به کوره اضافه کرد.
مزایای استفاده از آهن اسفنجی
- تجزیه و تحلیل شیمیایی قابل پیش بینی و یکنواخت؛
- دارای تعادل در جرم و حرارت؛
- محتوای کربن را می‌توان تنظیم کرد؛
- جابجایی راحت‌تر از آهن قراضه؛
- می‌توان مقدار نیتروژن در فولاد را کنترل کرد؛
- می‌توان به طور مداوم به کوره اضافه کرد.
از آهن اسفنجی در ساخت تختال، شمش و میلگرد استفاده می‌شود و بعد از احیا و ذوب آن به کارخانه مربوطه ارسال می‌گردد.
این ماده دارای سطحی متخلخل بوده که بیشتر به شکل کروی مصرف می‌شود. آهن قراضه بعد از انتقال به کارخانۀ ذوب بلافاصله به کوره منتقل شده و مراحل ذوب را پشت سر می‌گذارد.
در حالی که آهن اسفنجی برای رسیدن به مرحله ذوب باید چند مرحله دیگر را طی کند. می‌توان گفت این تنها عیب آهن اسفنجی است.
بخوانید: انواع شمش برای تولید میلگرد | مشخصات بهترین شمش‌ها برای ساخت میلگرد
سخن آخر
آهن اسفنجی ماده‌ای است که از سنگ آهن تولید می‌شود و برای ساخت انواع محصولات آهنی و فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مزیت اصلی آهن اسفنجی استفاده از آن به‌جای آهن قراضه است.
این محصول در مقایسه با آهن قراضه دارای کیفیت بالایی بوده که موجب تولید میلگرد و محصولات با کیفیت‌تری می‌شود.
قیمت آهن آلات به صورت لحظه‌ای در وب‌سایت عصرآهن به‌روزرسانی می‌شود، همچنین برای تهیه انواع آهن آلات، تیرآهن و میلگرد می‌توانید با مشاورین ما در عصرآهن با شماره ۰۴۱۳۳۲۵۰۲۸۰ در تماس باشید. مشاورین ما در زمینۀ خرید اقلام مربوطه راهنمای شما خواهند بود.
سؤالات متداول
بریکت از فشردهسازی آهن اسفنجی به دست میآید. بریکت دو تفاوت با آهن اسفنجی دارد و آن حجم بزرگ بریکت نسبت به آهن اسفنجی و وجود حفره و سوراخ روی سطح آهن اسفنجی است.
در حمل و انتقال آهن اسفنجی باید موارد لازم رعایت شود چراکه ممکن است انفجار و اشتعال به‌وجود آید. راهکارهای مراقبی در داخل متن مقاله نوشته شده است.