آهن اسفنجی چیست و چه کاربردی در ریخته‌گری دارد؟

امروزه با گسترش روز افزون تولید آهن و استیل در جهان، کاربرد آهن اسفنجی نیز افزایش یافته است. اما آهن اسفنجی چیست؟ در این مقاله قصد داریم تا درباره کاربرد آهن اسفنجی و تفاوت گندله و آهن اسفنجی توضیح دهیم و اهمیت آن را در صنایع فولاد سازی بیان کنیم .

 

آهن اسفنجی چیست؟

آهن اسفنجی که به آن آهن احیای مستقیم نیز می‌گویند (Direct Reduced Iron – DRI)، از احیای سنگ آهن به صورت مستقیم به دست می‌آید. در این فرایند و طی عملیات احیا، بدون ذوب سنگ آهن می‌توان اکسیژن موجود در آن را حذف کرد و به گندله‌ای با عیار حدود 70 درصد دست یافت. آهن اسنفجی یک محصول پایه و مهم در صنایع فولاد سازی است. کشور هند بزرگترین تولید کننده آهن اسفنحی در جهان است و حدود 24 درصد از تولید جهانی آهن احیای مستقیم را در سال 2016 به خود اختصاص داده است. برای پاسخ دقیق‌تر به سوال آهن اسفنجی چیست بهتر است به فرآیند تولید آن نیز نگاهی بیاندازیم.

آهن اسفنجی یا آهن احیای مستقیم

تولید آهن اسفنجی

فرآیند تولید آهن اسفنجی چیست؟ برای تولید این محصول، سنگ آهن و ذغال سنگ را درون یک کوره دوار به نسبت لازم می‌ریزند. همچنین برای گوگرد زدایی، مقداری دولومیت به شارژ کوره اضافه می‌کنند. ذغال سنگ در این فرآیند هم به عنوان سوخت برای تامین گرما و انرژی و هم به عنوان عامل احیا کننده عمل می‌کند. فرآیند تشکیل آهن احیای مستقیم در حالت جامد انجام می‌شود و سنگ آهن در آن ذوب نمی‌شود. عامل مهم در فرآیند کاهش و حذف اکسید از سنگ آهن، احتراق کنترل شده ذغال سنگ است. طی این فرآیند اکسیژن موجود در سنگ آهن برای تبدیل ذغال سنگ به مونو اکسید کربن، از سنگ آهن حذف شده و سنگ آهن به آهن اسفنجی تبدیل می‌شود.

پس این فرآیند به منظور حذف اکسیژن از سنگ آهن انجام می‌شود. خروج اکسیژن از سنگ آهن باعث ایجاد منافذی ریز در سطح سنگ آهن می‌شود. هنگامی که به محصول نهایی این فرآیند نگاه کنید، ساختاری متخلخل مانند لانه زنبور را مشاهده می‌کنید. این ساختار متخلخل، مانند اسفنج می‌باشد. به همین دلیل است که محصول نهایی بدست آمده از این فرآیند را آهن اسفنجی می‌نامند.

تفاوت گندله و آهن اسفنجی چیست؟

در ابتدا برای پاسخ به این سوال نیاز است تا اطلاعاتی درباره گُندله داشتیم. گندله نیز مانند آهن احیای مستقیم، یکی از مواد اولیه برای تولید آهن می‌باشد. تفاوتت اصلی گندله و آهن اسفنجی در میزان آهن موجود در آن است. گندله خلوص کمتری نسبت به آهن اسفنجی دارد. در ساختار گندله حدود 60 درصد آهن وجود دارد که این میزان در آهن اسفنجی حدود 80 درصد است. در واقع گندله ماده اولیه برای تولید آهن اسفنجی است. برای تولید آهن اسنفجی از گندله استفاده می‌کنند به همین دلیل نیز میزان خلوص آن‌ها با یکدیگر متفاوت است و آهن اسفنجی خلوص بیشتری دارد. علاوه بر تفاوت در میزان آهن، درصد عناصری مانند سیلیسیوم، منیزیم و گوگرد نیز در این دو متفاوت است.

گندله سنگ آهن

تفاوت بریکت و آهن اسفنجی چیست؟

برای پاسخ به این سوال نیز بهتر است ابتدا بریکت را شرح دهیم. بریکت محصول ثانویه آهن اسفنجی است و با اصلاح ساختار و فشرده سازی آهن اسفنجی می‌توان به بریکت دست یافت. یکی دیگر از تفاوت‌های بریکت و آهن اسفنجی، مواد اولیه برای تولید است. بدین صورت که ممکن است برای تولید بریکت از قرضه‌ها و ضایعات آهن نیز استفاده کنند. اما آهن اسفنجی محصول سنگ آهن است و نمیتوان از مواد بازیافتی آن را تولید کرد.

اصلی‌ترین تفاوت بریکت و آهن اسفنجی به روش تولید آن نیز بازمی‌گردد. بریکت در سه نوع نرمه، بریکت گرم و بریکت سرد وجود دارد که هرکدام به نوعی کاربردهای خاص خود را دارند و هزینه تولید آن‌ها متفاوت است در صورتی که آهن اسفنجی فقط به یک نوع تولید می‌شود. همچنین استفاده از بریکت در کوره بلند باعث کاهش مصرف کک نیز می‌شود.

تفاوت بریکت و آهن اسفنجی

مزایا و معایب آهن اسنفجی چیست؟

در ادامه به بررسی کاربردهای آهن اسفنجی می‌پردازیم. و به این سوال پاسخ می‌دهیم که مزایا و معایب استفاده از آهن اسنجی چیست؟ همانطور که گفتیم، آهن اسفنجی یکی از مواد اولیه برای تولید آهن خام در صنایع فولاد سازی است. این ماده از سنگ آهن به دست می‌آید و خلوصی در حدود 80 درصد دارد.

از بزرگترین معایب آهن اسفنجی می‌توان به سرعت بالای اکسید شدن آن اشاره کرد. در صورتی که آهن اسفنجی به درستی محافظت نشود، احتمال اکسید شدن آن بسیار زیاد است. و این عامل سبب بالا رفتن هزینه‌های نگهداری آهن اسفنجی می‌شود.

مورد دیگری نیز که می‌توان از آن به عنوام یک عیب در آهن احیای مستقیم یاد کرد، وجود ترکیبات سیلیسی در ساختار آن است که در فرآیند ذوب و ریخته گری باید حذف شوند. چرا که با ورود این ترکیبات به ساختار فولادها شاهد افت خواص فولاد تولید شده از آهن اسفنجی هستیم.

اما مزایای آهن اسفنجی چیست؟ آهن اسنفجی مزایای زیادی دارد که استفاده از آن را برای تولید آهن رایج کرده است. آهن اسفنجی یک جایگزین بسیار مناسب برای ضایعات فولادی است. علت آن نیز بالا بودن خلوص آهن اسفنجی است.

آهن اسنفجی دارای مقادیر بسیار کمی از گوگرد است. به همین دلیل می‌تواند به عنوان یک ماده اولیه تمیز برای فولاد سازی از آن استفاده کرد. همچنین به دلیل محتوای بالای آهن، یک ماده اولیه مناسب برای استفاده در کاخانه‌های کوچک ریخته گری است که از کوره‌های الکتریکی استفاده می‌کنند. پس یکی از کاربردهای آهن اسفنجی علاوه بر خوراک کارخانه‌های ذوب آهن، استفاده از آن در کارخانه‌های ریخته‌گری است.

کاربرد آهن اسفنجی

کاربرد آهن اسفنجی چیست؟

آهن اسفنجی یکی از ضروری‌ترین مواد اولیه برای کارخانه‌های ذوب آهن و تولید آهن و فولاد است. آهن اسفنجی به عنوان جایگزین برای ضایعات فولادی استفاده می‌شود چرا که از خلوص بالایی برخوردار است. استفاده از کوره‌های بلند تنها در ظرفیت‌ها و تولیدات با حجم بالا صرفه اقتصادی دارد. همچنین کوره‌های بلند محدودیت‌های زیست محیطی زیادی دارند. آهن اسفنجی می‌تواند در کوره‌های کوچک قوس الکتریکی و کوره‌های القایی به عنوان مواد اولیه استفاده شود و مصرف کک را کاهش دهد. به همین دلیل آهن اسفنجی می‌تواند در تولیدات با حجم کمتر بسیار کارآمد باشد.

سخن آخر:

همانطور که خوانیدم آهن اسفنجی یکی از پرکاربردترین مواد اولیه برای تولید آهن و فولاد است. آهن اسفنجی نقش بسیار مهمی را در صنایع آهن و فولاد ایفا می‌کند. به همین دلیل لازم است بدانیم آهن اسفنجی چیست؟ در این مطلب کوتاه همچنین به بررسی تفاوت‌های آهن اسفنجی با بریکت و گندله پرداختیم. و دریافتیم که می‌توان از آهن اسفنجی به جای قراضه‌ها در صنایع فولاد سازی استفاده کرد.