آهن اسفنجی یکی از مواد اولیه مهم در صنعت فولاد سازی است که جایگزین خوبی برای آهن قراضه  است. این ماده از طریق احیای مستقیم سنگ آهن تولید می‌شود و چون ظاهر سوراخ سوراخ و متخلخل دارد، آن را اسفنجی می‌نامند.

آهن اسفنجی ترکیب خالص‌تری نسبت به دیگر مواد اولیه آهنی دارد، به همین سبب پروسه فولاد سازی با استفاده از آن کارایی بیشتر و آلودگی کمتری خواهد داشت. فولادهای ساخته شده از آهن اسفنجی بسیار مرغوب هستند، به طوری که برخی از آنها در تولید انواع تیغه‌ها مانند تیغه اره آب صابونی نقش دارند.

شناخت دقیق اینکه آهن اسفنجی چیست و چگونه تولید می‌شود کمک می‌کند تا اهمیت آن را در زنجیره تولید فولاد بهتر درک کنید، پس با این مطلب همراه شوید تا همه چیز را درباره آهن اسفنجی بدانید.

آهن اسفنجی چیست؟

آهن اسفنجی یک ساختار آهنی با ظاهر متخلخل است که از طریق احیای سنگ اکسید آهن بدست می‌آید. سنگ‌های اکسید آهن طی فرآیند احیای مستقیم آهن «Direct Reduced Iron»، بدون اینکه ذوب شوند اکسیژن خود را از دست می‌دهند و به حالت گلوله یا گندله متخلخل از کوره خارج می‌شوند.

در آهن اسفنجی می‌توان عناصر فسفر، گوگرد، سیلیس و کربن را به مقدار بسیار کم یافت، اما فرمول شیمیایی آهن اسفنجی همچنان همان Fe است. زمانی که اکسیژن از سنگ آهن جدا می‌شود، آهن خالص‌تری بجا می‌ماند که با حرارت دیدن در کوره فضاهای ریزی در آن ایجاد می‌شود و آهن اسفنجی تولید می‌گردد.

انواع روش های تولید آهن اسفنجی

احیا در علم شیمی به معنای کاهش است؛ وقتی می‌گوییم سنگ آهن در فرآیند احیا شرکت می‌کند تا به آهن اسفنجی تبدیل شود، یعنی تحت واکنش کاهشی قرار می‌گیرد و اکسیژن خود را از دست می‌دهد تا فرمول شیمیایی آن از Fe3O4 به Fe خالص تبدیل شود.

در فرآیند کاهش سنگ آهن اکسید می‌توان از گاز طبیعی یا زغال سنگ استفاده کرد که هر کدام با روش‌های خاصی انجام می‌شوند. پرکاربردترین روش ساخت آهن اسفنجی با گاز طبیعی، روش میدرکس و HYL است؛ در میان روش‌های تولید آهن اسفنجی با زغال سنگ نیز روش SL/ RN کاربرد بیشتری دارد. در این بخش قصد داریم سه روش میدرکس، HYL و SL/ RN را که رایج‌ترین روش‌های تولید آهن اسفنجی هستند توضیح دهیم.

تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس

برای تولید آهن اسفنجی با روش میدرکس از سنگ اکسید آهن و گاز متان به عنوان مواد اولیه استفاده می‌شود. در این روش ابتدا گاز متان به واحد شکست فرستاده می‌شود تا طی یک واکنش ویژه به دو عنصر کربن و هیدروژن تجزیه شود.

سپس عناصر حاصل از متان تجزیه شده به کوره استوانه‌ای وارد می‌شود و همزمان با آن، سنگ آهن نیز از بالا به کوره می‌ریزد. کوره استوانه‌ای دمای بسیار بالایی دارد و سنگ آهن را تا نقطه ذوب می‌برد، سپس اکسیژن موجود در سنگ آهن با کربن حاصل از تجزیه متان ترکیب شده و به صورت گاز کربن دی اکسید «Co2» از کوره خارج می‌شود. گاز هیدروژن نیز در این واکنش مصرف شده و فقط آهن «Fe» خالص باقی می‌ماند.

محصول نهایی از احیای گازی سنگ آهن، گلوله‌‌هایی متخلخل آهنی به صورت خالص هستند. این گلوله‌ها  در فرایند پخت گندله به آهن سخت اما اسفنجی تبدیل می‌شوند. کیفیت آهن اسفنجی در این روش بسیار مطلوب است، اما سختی بالای آن باعث می‌شود برای تولید فولاد به انرژی بیشتری جهت ذوب آهن نیاز باشد.

فولاد حاصل از آهن اسفنجی تولید شده با گاز متان را می‌توان در تولید تیرآهن، میلگرد، تیغه یا بدنه اره آتشی، ورق‌های فولادی و… استفاده کرد.

تولید آهن اسفنجی با روش HYL؛ ارزانترین روش تولید آهن اسفنجی

روش HYL در عین حال که یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های تولید آهن اسفنجی است، یک روش مقرون به صرفه نیز محسوب می‌شود. در این روش، گاز کمتری در فرآیند احیای مستقیم آهن اکسید استفاده می‌شود، اما رادمان و کیفیت نهایی DRI بالا و دقیق است.

برای تولید آهن اسفنجی در این روش باید گندله یا کلوخه سنگ آهن را وارد سیستم تغذیه در کوره‌ی احیا کرد، سپس گاز طبیعی همراه با بخار آب یا کربن دی اکسید را در ریفرمر قرار داد تا تحت واکنش اصلاح قرار گیرند و به مخلوطی از هیدروژن و کربن مونوکسید تبدیل شوند.

در این مرحله، خطوط انتقال گاز و آب نقش مهمی دارند و اغلب برای اجرای این خطوط از اتصالات مقاوم و روش‌هایی مانند جوشکاری پلی اتیلن در بخش‌های غیر فلزی سیستم استفاده می‌شود.

پس از احیای گاز، آن را از چند نقطه مختلف به کوره عمودی وارد می‌کنند تا دمای کوره یکنواخت باقی بماند. سپس وقتی دمای کوره به حدود  930 برسد، گندله سنگ آهن به آن واکنش نشان داده و اکسیژن خود را به کمک H₂ و CO حذف می‌کند.

در نهایت، محصول تولید شده از بخش انتهایی کوره خارج می‌شود و می‌توان آن را از طریق تولید بریکت گرم یا تولید بریکت سرد برداشت کرد. بریکت سازی به فشرده کردن آهن اسفنجی گفته می‌شود که برای تسهیل حمل‌ونقل و جلوگیری از اکسید شدن مجدد آن انجام می‌شود.

تولید آهن اسفنجی با روش SL/ RN؛ تولید آهن اسفنجی به روش کوره تونلی

یکی دیگر از روش‌های پرکاربرد تولید آهن اسفنجی، استفاده از زغال سنگ طی فرآیند SL/ RN برای احیای سنگ آهن است. در این روش زغال سنگ و دولومیت با یکدیگر ترکیب شده و به بخش تغذیه فرستاده می‌شوند تا عملیات رطوبت زدایی روی آنها انجام شود.

سپس سنگ آهن طی فرآیند خردسازی به گلوله‌های ریز تبدیل شده و سپس به بخش تغذیه‌ی جداگانه ریخته می‌شوند تا رطوبت آنها گرفته شود. در نهایت، زغال و دولومیت خشک با سنگ آهن خشک ترکیب شده و به کوره تونلی یا افقی وارد می‌شوند.

این ترکیب در کوره به صورت دورانی حرکت می‌کند و به مرور تحت تاثیر دمای آن قرار می‌گیرد. دمای ترکیب تا جایی افزایش داده می‌شود که زغال سنگ به کک تبدیل نشود و فقط شروع به تولید کربن دی اکسید کند.

پس از آن که سنگ آهن با خروج کربن دی اکسید به طور کامل احیا شد و آهن اسفنجی تولید گردید ، آن را به واحد خنک سازی منتقل می‌کنند. در مرحله بعد خاکستر تولید شده از آهن اسفنجی جدا می‌شود و محصول نهایی با فیدر، سنگ شکن فکی و چکشی خرد می‌شود، سپس دستگاه بریکت سازی آهن اسفنجی را فشرده می‌کند.

آهن اسفنجی تولید شده توسط زغال سنگ، به عنوان ماده‌ی اولیه در تولید تولید فولادهای ضد زنگ، فولاد ابزار، فولاد یاتاقان، فولاد فنر و فولادهای آلیاژی استفاده می‌شود. کیفیت و کاربرد آلیاژ فولادهای تولید شده در این روش را می‌توان در صنعت برشکاری نیز مشاهده کرد؛ مانند تیغ اره آلومینیوم بر که از جنس فولاد مناسب ابزار است.

کاربرد آهن اسفنجی چیست؟

آهن اسفنجی مدت‌ها است که به عنوان یک جایگزین بهتر برای آهن قراضه استفاده می‌شود. کاربرد آهن اسفنجی در صنعت فولادسازی، تولید اسلحه، ساخت ابزارآلات آهنی، انواع شمش فولادی، قطعات صنعتی که با فرآیندهای شکل‌دهی مانند فورجینگ تولید می‌شوند، بسیار گسترده است.

اگر این سوال در ذهنتان شکل گرفته است که فورجینگ چیست؟ باید بدانید در این روش، آهن اسفنجی تحت فشار و حرارت قرار می‌گیرد تا به شکل مورد نظر تبدیل شود و سپس برای تولید قطعه مورد نظر به مصرف برسد.

• استفاده در تولید فولاد به عنوان ماده اولیه در کوره‌های القایی و قوس الکتریکی.
• جایگزین مناسب قراضه آهن در صنایع فولادسازی.
• استفاده در تولید شمش فولادی و بیلت.
• کاربرد در واحدهای ریخته گری برای کنترل ترکیب شیمیایی مذاب.
• مناسب برای کارخانه‌هایی که به مواد اولیه با خلوص بالا نیاز دارند.

فولاد تولید شده از آهن اسفنجی در صنایع ساختمانی مدرن نیز کاربرد دارد. برای مثال از فولادهای حاصل از آهن اسفنجی در ساخت سازه‌های LSF استفاده می‌شود. حال سوال این ایت که LSF مخفف چیست؟ این عبارت مخفف Light Steel Frame به معنای سازه سبک است که با مقاطع فولادی ساخته می‌شود.

مزایا و معایب آهن اسفنجی

نکته‌ی مهم دیگری که باید درباره آهن اسفنجی بدانید، مزایا و معایب آن است. آهن اسفنجی در صنعت ذوب آهن و فولاد سازی بسیار پرکاربرد است و به محصولات متنوعی تبدیل می‌شود. از مزایای آهن اسفنجی می ‌توان به خلوص بالای آهن، عدم نیاز به آب و انرژی زیاد برای ذوب، کیفیت بالای محصولات خروجی، عدم خطر انفجار در کوره و امکان حمل و نقل آسان اشاره کرد.

مزایای آهن اسفنجی نسبت به معایب آن بیشتر است، اما لازم است با آنها نیز آشنا باشید. آهن اسفنجی برای تولید باید مراحل مختلفی را پشت سر بگذارد و این مورد را می ‌توان از معایب آن دانست. در واقع مهمترین تفاوت آهن اسفنجی با آهن قراضه در مصرف انرژی هنگام تولید است؛ قراضه آهن پس از جمع آوری به کوره منتقل می‌شود، اما آهن اسفنجی باید مراحل بیشتری را طی کند.

تجربه برش مطمئن با تجهیزات تخصصی ایده‌آل برش

آهن اسفنجی و قراضه آهن هر دو به عنوان ماده اولیه در صنعت فولاد نقش دارند، اما آهن اسفنجی به واسطه‌ی مزایایی که دارد توانسته است جای قراضه آهن را بگیرد. تولید آهن اسفنجی با روش‌های مختلفی مانند تولید گازی و تولید توسط زغال سنگ انجام می‌شود که خروجی هر کدام کیفیت متفاوتی دارد.

در کنار مواد اولیه مرغوب باید ابزار مناسبی نیز تهیه کرد تا عملیات فولادسازی و به کار گیری آهن اسفنجی با کیفیت بالا انجام شود. ایده‌آل برش یکی از فروشگاه‌های تخصصی ابزارهای صنعتی، نیمه صنعتی و خانگی است که می‌تواند نیازهای شما را برطرف کند.

جهت اطلاع از قیمت محصولات از جمله قیمت دستگاه اره نواری فلز بر، اره آب صابونی، انواع تیغ اره، خدمات جوشکاری و… با کارشناسان مجموعه ایده‌آل برش در تماس باشید یا از سایت فروشگاه دیدن کنید.