آهن اسفنجی چیست ؟
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.
آهن اسفنجی از احیای مستقیم سنگ آهن (Direct Reduced Iron) بدست آمده و طی عملیات احیای بی واسطه، بدون نیاز به ذوب سنگ آهن، اکسیژن آن حذف می‌گردد. در این روش گندله سنگ آهن که دارای عیار ۶۷% می‌باشد احیا گردیده و حاصل آن آهن اسفنجی (گندله متخلخل) بدست می‌آید.آهن اسفنجی پس از ذوب و احیا در فولاد سازی، در فرآیند ریخته گری به شکل محصولات مورد نیاز در می‌آید.
آهن اسفنجی بعد از احیاسازی در صنعت ریخته گری برای وسایل و مواردی که مورد نیاز است؛ استفاده می شود. این نوع آهن عموما به سه شکل زیر مورد مصرف قرار می گیرد.
بریکت چیست؟
بریکت همان آهن اسفنجی یا DRI می باشد. با این تفاوت که در زمان تولید، بصورت فشرده شکل گرفته و از نظر نوع و دمای فرآیند تولید به ۳ نوع ذیل تولید می شود.
انواع بریکت
- بریکت گرم آهن اسفنجی
- بریکت نرمه آهن اسفنجی
- بریکت سرد آهن اسفنجی
انواع روش‌های تولید آهن اسفنجی
تولید آهن اسفنجی از سنگ‌آهن، عموماً به دو روش گازی (Gas Based) یا استفاده از زغال‌سنگ (Coal Based)، برای احیای آهن صورت می‌پذیرد. معمولاً در کشورهایی که دارای ذخایر گاز هستند، از روش گازی استفاده می‌گردد. در ایران نیز به‌طور مثال، فولاد خوزستان و فولاد مبارکه از گاز به عنوان ماده احیاکننده استفاده می‌کنند.
در روش میدرکس که به عنوان مهم ترین و مرسوم ترین روش تولید آهن های اسفنجی به شمار می رود، به محل کارخانه و منابع در دسترس آن بستگی دارد. به عبارت دیگر از مهم ترین و پر کاربرد ترین روش های تولید آهن اسفنجی می توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:
روش میدرکس: در روش تولید میدرکس سنگ های آهن بدون نیاز به واسطه احیا می شوند. چرا که دارای عیار ۶۷ درصد می باشند. یعنی گاز طبیعی بر اساس حرارت دو نوع گاز تولید می کند که این دو گاز وارد کوره می شوند. سپس این گازها با اکسیژنی که در سنگ آهن مذاب وجود دارد، مخلوط می شوند و سنگ آهن احیا می شود. اینگونه است که آهنگ های اسفنجی با عیار بسیار بالایی تولید می شوند.
روش کوره تونلی: این روش تولید از دهه ۹۰ میلادی شناخته و رایج شده است. به همین منظور به عنوان روش تولید آهن اسفنجی مقیاس کوچک مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از مزایای این روش نسبت به روش های دیگر این است که دارای فشار بیشتری برای انجام روش احیا می باشد. یعنی روش احیا با سرعت بالاتری انجام می شود. از طرفی می‌توان گفت محصول خروجی از این نوع کوره ها به شکل لوله ی استوانه توپر است که ممکن است قطر آن دچار تغییر شود.
فرمول شیمیایی آهن اسفنجی چیست؟
فرمول شیمیایی آهن اسفنجی خاص است و طبق شرایط ویژه‌ای تولید می‌گردد. احیای اکسید به فلز در چند مرحله رخ می‌دهد و در هر مرحله با حذف اکسیژن، اکسیدهای مختلف تولید می‌شوند. فرمول شیمیایی این محصول به شرح زیر است:
C + O2 = CO2؛
CO2 + C = 2CO؛
Fe2O3 + CO = Fe3O4 + CO2؛
Fe3O4 + CO = FeO + CO2؛
FeO + CO = Fe (Metallic) + CO2؛
خاصیت آهن اسفنجی
آهن اسفنجی دارای خواص زیر است:
دارا بودن مقادیر بالای عنصر آهن و درصد خلوص بسیار زیاد، و همچنین فلزکاری بالا
- منسجم و یکدست بودن آن از لحاظ کیفیت
- کم بودن عناصر سمی مثل سرب، قلع، روی، تنگستن و غیره در محتوای آن
- کم بودن محتوای فسفر و گوگرد در آن
- جذب کمترین میزان گرد و غبار در طول مسیر حمل و نقل
- حرکت بدون وقفه در لوله ها و نقاله ها به دلیل داشتن جریان خوب و روان
کاربردهای آهن اسفنجی
آهن احیای مستقیم یک ماده اولیه به صرفه در صنایع فولاد سازی است. آهن و فولاد خام تولید شده در صنایع مختلفی مانند خودرو سازی، قطعات و ابزارآلات گوناگون کاربرد دارد. یکی از مهم ترین کاربردهای آهن اسفنجی، استفاده از آن در کوره های القائی است.
از جمله کاربردهای آهن اسفنجی، می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- استفاده از آهن اسفنجی در کوره های القایی بسیار انجام می پذیرد. با این روش آهن اسفنجی می تواند جایگزین خوبی برای قراضه باشد.
- استفاده در فولاد سازی
- استفاده در صنعت ریخته گری مداوم فولاد و …
مزایای آهن اسفنجی
بسیاری از تولیدکنندگان آهن در این روزگار، ترجیح می دهند تا فولاد و آلیاژهای فولادی را مستقیما از آهن اسفنجی تهیه کنند. آهن اسفنجی نسبت به قراضه آهن ها، مزایای بیشتری دارد. اما قراضه آهن در کوره احیایی در هنگام عملیات اکسایش و تولید ورق فولادی، نیتروژن بیشتری ایجاد می کند و ورق فولادی را با درصد عیار پایین تری تولید می کند. در اینجا به ذکر برخی از مهمترین مزایای آهن اسفنجی می پردازیم:
- درصد خلوص آهن در آهن اسفنجی ۹۵ درصد می رسد. از این رو به دلیل نداشتن ناخالصی های زیاد استفاده از آن خیلی راحت تر از قراضه آهن است.
- آهن اسفنجی به دلیل مصرف کم انرژی و آب به هنگام ذوب کردن، بسیار مقرون به صرفه تر از مواد اولیه دیگر است.
- به هنگام ذوب شدن میزان کمی نیتروژن در محتوای خود دارد و به همین جهت محصولاتی که از آن تولید می شوند کیفیت بهتری خواهند داشت.
- آهن اسفنجی به راحتی نگهداری می شود و جابجایی و حمل آن نیز آسان است.
- استفاده از آهن اسفنجی در کوره های ذوب، خطر انفجار به دلیل وجود ناخالصی را ندارد.
- به هنگام تولید، اکسیژن کمی را برای تولید شدن، استفاده می کند.
- مهمترین مزایای استفاده از این نوع گندله متخلخل عدم خراب شدن دیواره کوره است.
- کیفیت محصولات ریخته گری شده با آهن اسفنجی، به دلیل انسجام و عدم داشتن عناصر سمی بسیار زیاد است.
- عملیات متالوژی و ذوب آن به دلیل عدم نیاز به فیلتراسیون به راحتی انجام می پذیرد و به تبع آن عملکرد کوره ها به خوبی انجام خواهد گرفت.
معایب آهن اسفنجی
در اینجا برخی از این معایب را ذکر می کنیم:
- آهن اسفنجی برای اینکه وارد چرخه تولید ورق سیاه و آلیاژهای فولادی شود، باید مراحل زیادی را پشت سر بگذارد. اما قراضه های آهن این دردسر را ندارند.
- چون مراحل تبدیل آهن اسفنجی به فولاد زیاد است، محصولات متنوع با ترکیبات متنوعی در حین تولید، ایجاد می شود.
- گندله های ایجاد شده در مراحل مختلف تولید فولاد، با درجه دمای مشابه ذوب نمی شوند و این، کمی دردسر زاست.