آهن اسفنجی چیست؟

پس از استخراج سنگ­ آهن از معدن، به‌­منظور تولید آهن اسفنجی نیاز است که اکسیژن آن را جدا کنند. برای‌­این‌­مقصود بدون‌­آنکه سنگ آهن ذوب شود باید به­‌کمک گازهای کاهنده، آن‌­را تحت حرارت بالا قرار داد. آهن اسفنجی، دارای تراکم و عیار بسیار بالا هست که همین‌موضوع دلیل محبوبیت زیاد آن بین خریداران محسوب می­‌شود. نمای ظاهری این محصول فولادی به شکل کره­‌های متخلخل اسفنج­ مانند­ هست، که علت نام­گذاری نیز همین موضوع است.

تاریخچه آهن اسفنجی

اولین استفاده از این محصول فولادی به کشورهای شرقی و همچنین اروپا بازمی­‌گردد. همچنین مدتی بعد در چین نیز؛ آهن اسفنجی به روش شکوفه یا همان Bloomery تولید شد. تاریخچه شروع استفاده و تولید آهن اسفنجی در ایران به سال 89 برمی‌گردد که کارخانه‌ه­ای در یزد شروع به استفاده از این محصول در کوره­‌های القایی خود کرد. طولی نکشید که مصرف آن درتمام ایران فراگیر شد تا جایی‌­که اکنون 90 درصد خوراک فولادسازان داخلی را به خود اختصاص داده­‌است.

مزایا و خطرات آهن اسفنجی

استفاده از آهن اسفنجی بدلیل مزایای فراوان آن باعث تحول بسیار بزرگی در صنعت فولاد و ریخته­‌گری شد. برخی از فواید آهن اسفنجی:

• با افزودن آن به آهن قراضه، می‌­توان تاحد قابل قبولی میزان سولفور و همچنین فسفر آهن را کاهش داد.
• برای استفاده در کوره­‌ها و کارگاه‌­های کوچک دارای توجیه اقتصادی بالایی هست.
• بدلیل تراکم بالا کیفیت فلزکاری را بهبود می‌­بخشد.
• لجن آهن اسفنجی که در زمان جداسازی اکسیژن از سنگ آهن بدست می‌­آید نیز کاربردهای بسیاری دارد.
• با اینکه قیمتی پایین‌تر از قیمت آهن کیلویی دارد اما عیار آن بالاتر هست.
• به­‌دلیل وجود کربن در این محصول، در مصرف انرژی نیز صرفه­جویی می‌­شود.

با تمام مزایای ذکر شده باید گفت استفاده از آهن اسفنجی بدون خطر و عیب نیست. از معایب آن می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

• بخاطر روش تولید آن، دارای ناخالصی بیشتری نسبت به آهن قراضه هست.
• زمان مورد نیاز برای ذوب آن طولانی می­باشد و همچنین برای تولید حجم ثابتی از آهن اسفنجی در مقایسه با آهن قراضه، به سنگ آهن بیشتری نیاز است.
• امکان زنگ‌­زدگی بالایی دارد و برای رفع این مشکل نیاز به استفاده از لایه محافظتی هست که طبیعتا هزینه­ بیشتری تحمیل می­‌کند.
• در حالت خمیری آن امکان اشتعال نیز وجود دارد.
• در مراحل تولید آن از سنگ آهن، امکان فرآوری مواد سمی و ایجاد خطرات زیست محیطی بالا هست.

روش ها و فرآیند  تولید آهن اسفنجی

همانطور که ذکر شد، فرآیند اصلی تولید آهن اسفنجی احیای مستقیم سنگ آهن هست و برای این منظور روش­‌های متنوعی وجود دارد که بسته به کیفیت روش تولید، قیمت آهن بدست آمده از آن تغییر می‌کند. این روش‌ها به دو دسته کلی تقسیم می­‌شود:

• استفاده از منابع گازی یا Gas Based: خود این روش به سه دسته میدرکس،HYL  و پوروفر تقسیم می­شود که پرکاربردترین آن midrex هست. از گازها برای اکسید کردن و خارج کردن اکسیژن استفاده می‌­شود اما نباید به­‌طور مستقیم در معرض حرارت قرار بگیرند زیرا در دمایی کمتر از احیا، سوخته و تولید دوده می‌کنند.
• استفاده از منابع زغال سنگی یا Coal Based: این روش نیز به 2 زیرمجموعه SL/RN و Jindal DRC تقسیم می­شود. برعکس منابع گازی، زغال سنگ می­تواند به صورت مستقیم در فرآیند تولید آهن اسفنجی استفاده شده و به‌عنوان ماده اصلی احیا انتخاب شود.

چگالی و فرمول شیمیایی آهن اسفنجی

فرمول شیمیایی آهن اسفنجی، درهر مرحله از تولید دست­خوش تغییرات می‌­شود. با حذف اکسیژن در مراحل اولیه اکسیدهای متفاوتی تشکیل شده و به تدریج فرآیند تولید این محصول فولادی کامل می­‌شود.

C+O2=CO2

CO2+C= 2CO

Fe2O3+CO=Fe3O4+CO2

Fe3O4+CO=FeO+CO2

FeO+CO=Fe(Metallic)+CO2

چگالی آهن اسفنجی، به­‌دلیل تراکم بالایی که دارد، به نسبت ضایعات و قراضه آهن بیشتر است. چگالی این محصول را می­توان در دو حالت نرمه و کلوخی محاسبه کرد.

• کلوخی: 1.8 gm/cc
• نرمه: 1.75 gm/cc

کاربرد آهن اسفنجی در ریخته گری به چه صورت است؟

آهن اسفنجی بیشترین کاربرد را در صنعت ریخته­‌گری دارد. قبل از فراگیر شدن این محصول، از قراضه آهن و ضایعات استفاده می­‌شد اما به‌­دلیل مناسب بودن قیمت آهن اسفنجی در عین تراکم و عیار بالایی که دارد، بلافاصله تبدیل به پراستفاده­‌ترین فرآورده در کوره­‌ها و ریخته­‌گری‌­ها شد. روش استفاده از آن در ریخته­‌گری، به­‌صورت مخلوط پودر آهن اسفنجی با دیگر فلزات، برای تولید محصولات دارای آهن هست.

تفاوت گندله و آهن اسفنجی

کنسانتره آهن، بعد از فرآوری تبدیل به گندله آهن می‌­شود که به علت اندازه بسیار ریز آن، امکان استفاده در کارگاه­‌های احیای مستقیم را ندارد؛ اما در­مقابل، آهن اسفنجی از احیای مستقیم گندله به­‌دست می‌­آید. این دو در کاربرد نیز تفاوت­‌هایی دارند. به­‌عنوان مثال: از گندله در کوره­‌های بلند و احیا مستقیم به­‌عنوان ماده اولیه برای ساخت آهن اسفنجی استفاده می‌­شود، اما از خود آهن اسنفجی برای ساخت فولاد فرآوری شده استفاده می­‌شود. همچنین عیار آهن اسفنجی در حدود 17 درصد بیشتر از گندله هست که از باعث بالاتر رفتن ارزش آن برای مصرف‌­کننده می­‌شود.

کارخانه های تولیدکننده آهن اسفنجی

کشور ایران در مسیر تبدیل شدن به یکی از بزرگترین تولیدکنندگان فولاد، آهن و علی‌­الخصوص آهن اسفنجی بوده و در سال‌­های اخیر در این زمینه دستاوردهای چشم­گیری به­‌دست آورده است که تاثیر زیادی تعیین روند تغییرات قیمت میلگرد و سایر محصولات فولادی گذاشته است. حدود 50 کارخانه تولیدکننده آهن اسفنجی در ایران مشغول فعالیت هستند که بیشتر آن­‌ها از روش گازهای طبیعی یا Gas based برای احیای مستقیم استفاده می­‌کنند و دلیل این امر منابع گازی بسیار غنی کشورمان هست.

 در لیست زیر مهم‌­ترین کارخانه­‌های تولیدکننده این محصول فولادی مشاهده می‌­شوند:

• شرکت کاوه جنوب کیش
• کارخانه فولاد خوزستان
• کارخانه فولاد بافت
• کارخانه فولاد هرمزگان
• کارخانه فولاد خراسان
• کارخانه کاوه پارس (کاوه جنوب)
• کارخانه آهن و فولاد ارفع
• کارخانه فولاد اردکان
• کارخانه فولاد سیرجان ایرانیان
• کارخانه فولاد سفید دشت چهار محال و بختیاری
• کارخانه فولاد مبارکه اصفهان

سخن پایانی

در این مقاله به بررسی آهن اسفنجی، روش­های متنوع تولید آن، کاربرد و همچنین مزایا و خطرات استفاده از این محصول پرداخته و همچنین با بهترین کارخانه­‌های تولیدکننده این فرآورده نیمه­‌آماده آشنا شدیم. بدلیل تولیدات مرغوب کارخانجات داخلی، مصرف­‌کنندگان و افراد فعال در حوزه صنعت آهن و فولاد، می‌­توانند به بهترین کیفیت آهن اسفنجی در ایران دسترسی داشته­‌باشند. امیدواریم که این مقاله توانسته باشد اطلاعات کافی و جامع را درخصوص این محصول در اختیار شما قرارداده باشد. در صورت نیاز به اطلاعات بیشتر به سایت گرفت مراجعه نمایید.