برای پاسخ سؤال «آهن اسفنجی چیست؟»، باید بدانید آهن اسفنجی از احیای مستقیم سنگآهن (Direct Reduced Iron) تولید میشود. در این روش اکسیژن از سنگآهن خارج شده و محصول نهایی بهصورت توپهای کروی متخلخل خواهد بود. وجود همین حفرهها سبب شده که این محصول آهن اسفنجی نام گیرد. در ادامه این مطلب برای توضیح بیشتر درباره این محصول، به روش تولید، کاربردها، خواص فیزیکی، فرمول شیمیایی و روش حفاظت از آن اشاره شده است. در انتهای این مطلب نیز می‌توانید با برخی از تولیدکنندگان داخلی این فرآورده آشنا شوید.
کاربرد آهن اسفنجی
از کاربردهای آهن اسفنجی میتوان به استفاده از آن بهجای ضایعات آهن در فرایند ذوب اشاره کرد. کاربردهای این محصول در کورههای القائی بسیار بیشتر از دیگر روشهای ذوب است؛ زیرا در این روش میتوان با داشتن تجربه و دانش کافی، نزدیک به ۵۰ درصد آهن اسفنجی را جایگزین آهن‌قراضه کرد. همچنین از دیگر کاربردهای آن میتوان به ساخت آهن فرفورژه یا فولاد فراوری‌شده اشاره نمود.
در ایران از سال 1389 در یکی از کارخانههای استان یزد استفاده از آهن اسفنجی در کورههای القایی استفاده شد. البته در آن زمان به دلیل اینکه مقدار آهن‌قراضه هرچند با کیفیت پایین، بسیار زیاد بود؛ استفاده از آهن اسفنجی چندان ضروری به نظر نمی‌رسید. از طرفی تجربه‌های اولیه استفاده از این فراورده هم زیاد مطلوب نبود؛ زیرا به دلیل عدم شناخت روشهای مناسب، زمان ذوب طولانی می‌شد و سرباره وحشتناکی نیز حاصل می‌گردید.
با افزایش دانش و بهبود روشهای ذوب، امروزه مشکلات به‌کارگیری آهن اسفنجی بهجای ضایعات آهن به حداقل رسیده و از این محصول در بسیاری از واحدهای کوچک و بزرگ فولادسازی استفاده می‌گردد. «بریکت» یکی از فراورده‌های حاصل از این محصول است که در ادامه بیشتر به آن اشاره خواهیم کرد.
بریکت چیست؟
بریکت همان آهن اسفنجی یا DRI است که در زمان تولید بهصورت تکه‌هایی بزرگ فشرده شکل‌گرفته که به ۳ دسته تقسیم میشود.
انواع بریکت:
1. بریکت گرم آهن اسفنجی
2. بریکت نرمه آهن اسفنجی
3. بریکت سرد آهن اسفنجی
کاربردهای بریکت:
زمینه‌های کاربرد بریکت سازی عبارت‌اند از:
1. آهن و فولاد
2. مواد معدنی
3. مواد شیمیایی
3. کودهای شیمیایی
4. مواد شوینده و بهداشتی
برای اطلاع از قیمت انواع آهن آلات فرم زیر را پر کنید
با تاریخچه آهن اسفنجی آشنا شوید
استفاده از آهن اسفنجی در کورههای القایی ایران، در سال 1389 آغاز شد که در آن سال‌ها هنوز کمبود آهن قراضه حس نمی‌شد. هندی‌ها و چینی‌ها نیز در آن سال‌ها به دلیل افت راندمان کوره‌هایشان، استفاده از کورههای القایی که به ایران فروخته بودند را پیشنهاد نمی‌کردند؛ به همین دلیل در سال 89 یکی از کارخانههای القایی یزد، به مصرف آهن اسفنجی روی آورد که در اوایل بسیاری از کارخانه‌ها مخالف استفاده از این ماده اولیه بودند و بازخوردهای منفی را از خود نشان می‌دادند که پس از کمی تأخیر دیگر کارخانه‌ها نیز از این محصول استفاده کردند. دلیل مخالفت کارخانه‌ها با استفاده از این فراورده، عدم آشنایی با روش شارژ آن بود؛ دلیل بعدی نیز این بود که فسفر و گوگرد موجود در آن در مقایسه با قراضه، آنالیز ذوب را به هم می‌زد و کربن بالای آن کار را سخت و به دنبال آن زمان ذوب طولانی می‌شد.
مزایای آهن اسفنجی چیست؟
ازجمله مزایای آهن اسفنجی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- جایگزین مناسب برای قراضه در واحدهاي فولادسازي
- کیفیت فلزکاری بالا
- گوگرد و فسفر کمتر
- حاوی عناصر زائد کمتر نسبت به قراضه آهن
- امکان استفاده به‌عنوان عامل خنک‌کننده جایگزین قراضه آهنی در واحدها و کورههای اکسیژنی
- روش سریع‌تر از قراضه آهن
- روش احیای مستقیم از روش کوره بلند ارزان‌تر است.
- روش احیای مستقیم نسبت به روش کوره بلند دارای محدودیت‌های زیست‌محیطی کمتری است.
- عیار بالاتر نسبت به آهن خام
- استفاده از روش احیای مستقیم در واحدهای کوچک فولادسازی نیز توجیه اقتصادی دارد.
- سهولت حمل و ذخیره آهن اسفنجی بهصورت آهن گرم کلوخه شده (HBI)
- امکان استفاده از گاز طبیعی بدون حذف ناخالصی‌های آن درروش احیای مستقیم وجود دارد.
چگالی آهن اسفنجی چقدر است؟
چگالی آهن اسفنجی نسبت به آهن‌قراضه بیشتر بوده و بنابراین میتوان مقدار کمتری آهن‌قراضه را به کوره شارژ کرد. چگالی این محصول در شکل کلوخه 1.80 gm/cc و در شکل نرمه 1.75 gm/cc بوده و میزان عیار آن بین ۸۴ تا ۹۵ درصد است.
خطرات آهن اسفنجی چیست؟
قابلیت اکسیداسیون و زنگ‌زدگی از خطرات آهن اسفنجی است؛ بنابراین باید برای آن حفاظی در نظر گرفته شود و در صورت امکان، در اسرع وقت به فولاد تبدیل شوند. همچنین از دیگر خطرات این فراورده میتوان به امکان اشتعال آن در حالت خمیری اشاره نمود. برای جلوگیری از اکسیداسیون آهن اسفنجی میتوان با استفاده از گاز خنثی، سیلیکات سدیم، آهک و سپس قرار دادن در فضای سرپوشیده و بریکت سازی، از این محصول حفاظت نمود.
تفاوت آهن اسفنجی با گندله چیست؟
بررسی مواد اولیه موردنیاز برای تولید هریک از این محصولات، تفاوت آهن اسفنجی با گندله را مشخص می‌کند. گندله سنگآهن از کنسانتره آهن که آهن آسیاب شده است، تولید میشود و می‌تواند در واحدهای ذوب و واحدهای احیا مستقیم به کار رود. آهن اسفنجی از احیای مستقیم گندله آهن به دست می‌آید؛ به‌طوری‌که هیچ فرایند ذوبی صورت نمی‌گیرد. این محصول در کورههای ذوب مجتمع‌های فولادسازی همراه با ضایعات آهن به کار می‌رود.
آیا می‌دانید 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؛
لازم به ذکر است میزان کاهش اکسیژن در هر مرحله برابر است با:
|
درصد کاهش اکسیژن در هر مرحله تولید آهن اسفنجی
|
|
ردیف
|
مرحله
|
درصد کاهش اکسیژن
|
|
1
|
1
|
11%
|
|
2
|
2
|
22%
|
|
3
|
3
|
67%
|
در جدول زیر نیز درصد عناصر شیمیایی موجود در این فراورده آمده است:
|
ترکیب شیمیایی (فرمول شیمیایی) آهن اسفنجی
|
|
ردیف
|
عنصر
|
درصد
|
|
1
|
Fe (مجموع)
|
85.9% تا 86%
|
|
2
|
Fe (متالیزاسیون)
|
حداقل 90%
|
|
3
|
Fe (فلز)
|
78.5% تا 82%
|
|
4
|
C (کربن)
|
1.3% تا 2%
|
|
5
|
S (گوگرد)
|
حداکثر 0.01%
|
|
6
|
P (فسفر)
|
حداکثر 0.1%
|
|
7
|
SiO2
|
حداکثر 5.5%
|
|
8
|
Al2O3
|
حداکثر 1%
|
|
9
|
CaO
|
حداکثر 1.1%
|
|
10
|
MgO
|
حداکثر 2.5%
|
روش تولید آهن اسفنجی چگونه است؟
اصلی‌ترین روش تولید آهن اسفنجی، استفاده از زغال غیر کک شو از طریق فرآیند احیای سنگآهن در کوره دوار است. تولید این محصول در یک درجه حرارت مشخص و فشار اتمسفری کنترلی انجام میشود. شرکت میدرکس آمریکا اولین شرکتی بود که این فراورده را تولید کرد و اولین روش تولید آهن اسفنجی هم به نام این شرکت نام‌گذاری شده است.
انواع روشهای تولید این ماده اولیه، در لیست زیر آمده است:
درجه متالیزاسیون آهن اسفنجی چقدر است؟
بخشی از آهن موجود در آهن اسفنجی بهصورت آزاد و بخشی بهصورت اکسید آهن وجود دارد. درجه متالیزاسیون یا درجه آهنی شدن این محصول، درواقع میزان آهن آزاد موجود در آن است.
به‌طور مثال اگر درجه متالیزاسیون آهن اسفنجی ۹۱ درصد باشد و کل آهن موجود در آن نیز ۹۱ درصد باشد، ضرب این دو عدد میزان آهنی که در آهن اسفنجی بهصورت خالص وجود دارد را نشان میدهد.
درواقع درجه متالیزاسیون این فراورده نشان میدهد که چند درصد از آهن بهصورت آزاد و چند درصد بهصورت اکسید آهن در آن وجود دارد. البته در کورههای الکتریکی (کوره قوس الکتریکی یا کوره القایی) بخشی از این اکسید آهن نیز می‌تواند احیاء گردد و آهن آزاد آن ذوب شود. مثلاً در کورههای القایی تجربه نشان میدهد که حدود نیمی از این اکسید آهن احیاء می‌گردد؛ بنابراین سرباره یا پرت آهن اسفنجی در این کوره کاهش می‌یابد.
تولیدکنندگان آهن اسفنجی در ایران را بشناسید
دلیل اصلی آمار بالای تولید این محصول در چند کشور محدود، به ذخایر گاز و زغال‌سنگ به‌عنوان عوامل اصلی جهت تولید انرژی موردنیاز برای فرایند احیای مستقیم، مربوط میشود. ایران و هند دو تولیدکننده عمده آهن اسفنجی در جهان هستند. این در حالی است که کرونا نتوانست رشد تولید فولاد را در ایران متوقف کند و رشد تولید این فراورده و فولاد خام در چهارماهه ابتدایی امسال بسیار مناسب بود.
اگر می‌خواهید 10 تولیدکننده برتر فولاد جهان را بشناسید کلیک کنید
ازآنجایی‌که ایران رتبه یک را در این زمینه دارد، تولیدکنندگان آهن اسفنجی در ایران تعداد قابل‌توجهی دارند. ازجمله تولیدکنندگان این محصول در ایران میتوان به کارخانههای زیر اشاره نمود:
- مجتمع فولاد مبارکه اصفهان
- مجتمع فولاد خوزستان
- مجتمع فولاد اردکان
- شرکت آهن و فولاد ارفع
- شرکت فولاد آذربایجان میانه
- شرکت توسعه آهن و فولاد گل گهر
- شرکت فولاد سیرجان ایرانیان
- شرکت فولاد غدیر نی ریز
- شرکت مجتمع جهان فولاد سیرجان
- شرکت صنعت فولاد شادگان
- شرکت کاوه جنوب کیش
آهن اسفنجی ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارد که با استفاده از آنها توانسته جایگزین مناسبی برای آهن‌قراضه در صنعت فولاد باشد در حال حاضر در حدود ۵% از فولاد جهان با استفاده از این محصول تولید شده و این روند رو به افزایش است. در ایران نیز تولید فولاد از طریق احیای مستقیم و استفاده از کورههای الکتریکی انجام میشود و به همین دلیل، این فراورده می‌تواند نقش مؤثری در صنعت فولاد و اقتصاد کشور داشته باشد.
حال که پاسخ سوال آهن اسفنجی چیست را یافتید، می‌توانید برای خواندن مقالات بیشتر در حوزه آهن و فولاد و محصولات مکمل، به صفحه راهنمای خرید آهن و فولاد بلاگ آهنگر سری بزنید.
اگر به دنبال قیمت آهن و محصولات فولادی هستید به صفحه اصلی آهنگر مراجعه کنید.