آهن اسفنجی چیست؟

آهن اسفنجی از مهم ترین منابع آهنی مورد استفاده در صنعت فولاد است. هنگامی که سنگ آهن (Direct Reduce Iron) احیا می شود اکسیژن آن حذف می شود گندله سنگ آهن احیا شده محصول متخلخلی بوجود می آی که به آن آهن اسفنجی می گویند. از لحاظ شکل ظاهری کروی شکل بوده ولی بلیل تخلل هایی که در این محصول وجود دارد به آن آهن اسفنجی می گویند. چون آهن اسفنجی مستقیما از احیا سنگ آهن بدست می آید به DRI هم معروف است.

تاریخچه

500 سال قبل از میلاد در چین برای تهیه فلز از آهن اسفنجی استفاده می کردند. شواهدی حاکی از آن است که مصر، خاورمیانه و اروپا برای تهیه آهن از آهن اسفنجی استفاده می کردند. در ایران از قراضه برای تولید آهن استفاده می شد و با توجه به کیفیت پایین قراضه ها هیچ کس از آهن اسفنجی استفاده نمی کرد حتی به فکر استفاده از اسفنجی هم نبود.برای اولین بار در ایران  در سال 89 یکی از کارخانه های القایی یزد از آهن اسفنجی استفاده کردند.

در آمریکای شمالی مکزیک، در آمریکای جنوبی ونزوءلا،در آفریقا آفریقای جنوبی، در منطقه خاور میانه عربستان و در منطقه آسیا هند به عنوان بزرگترین کشور  تولید کننده آهن اسفنجی هستند و هند طبق آمارهای انجمن جهانی فولاد بزرگترین کشور تولید کننده آهن اسفنجی در جهان بود و ایران در جایگاه سوم قرار داشت ولی با توجه به کاهش تولید دیگر کشور های ایران در جایگاه نخست تولید آهن اسفنجی قرار گرفته است.

فرآیند تولید آهن اسفنجی

فرآیند تولید آهن اسفنجی به سه روش است:

1- با استفاده از گاز طبیعی

2- با استفاده از ذغال حرارتی

3- به شیوه ی احیای مستقیم میدرکس

در 2 روش اول اکسیژن سنگ آهن جدا شده و این روش احیا باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود. آهن اسفنجی در کوره های قوس الکتریکی به فولاد تبدیل می شوند.تا از گرمای زیاد در هنگام احیای محصول استفاده شود. در قدیم از کوره های انفجار سنتی استفاده می شد که امروزه کوره های قوس الکتریکی جایگزین کوره های سنتی شدند.

در روش احیای مستقیم میدرکس محل استقرار کارخانه و منابع موجود اهمیت بسیاری دارد. در ایران با توجه به منابع گازی فراوان از گاز برای احیا استفاده می شود. که آلودگی زیست محیطی کمتری دارد. در هندوستان از منبع ذغال سنگ برای احیا استفاده می شود. در این عملیات احیا گندله سنگ آهن بوسیله گازهای شکسته شده انجام می شود. گاز وارد واحد ریفرمر شده و بدلیل حرارت زیاد و کاتالیزورها شکسته شده و تبدیل به هیدروژن و منوکسید کربن می شود. این دو عنصر با اکسیژن گندله ترکیب شده و سنگ آهن احیا می شود.آهن اسفنجی در صنعت فولاد به سه شکل اسلب،بیلت، و میلگرد کاربرد دارد.

در این فن آوری بصورت بی واسطه گندله سنگ آهن را با گازهای شکسته شده احیا می کنند. به این صورت که ابتدا گاز طبیعی وارد واحد شکست گاز (ریفرمر) می شود و بخاطر اثر حرارت وارد شده و وجود کاتالیزورهای مخصوص شکسته می شود و به H۲ و CO تفکیک می گردد. هیدروژن و مونوکسیدکربن آزاد شده وارد کوره احیاء شده و با اکسیژن موجود در گندله مذاب ترکیب و به این ترتیب سنگ آهن احیا می شود. مقدار گندله ای که برای تولید هر تن DRI استفاده می شود 45/1 تن است.

کاربرد آهن اسفنجی

با توجه به کمبود قراضه آهن جهت تولید محصولات فولادی از آهن اسفنجی استفاده می شود. مهمترین کاربرد آهن اسفنجی در کوره های القایی است. در حدود نیمی از مقدار قراضه را می توان با آهن اسفنجی جایگزین کرد که البته این امر نیازمند مهارت فنی خاصی است.کاربرد آهن اسفنجی در ریختگری به سه شکل اسلب،بیلت و میلگرد است. بدلیل سطح استحکام بالایی که دارد در صنایع فولادی و محصولات چدنی همچنین در اسلحه سازی کاربرد دارد.

بریکت

هنگامی که آهن اسفنجی به صورت فشرده در می آید به آن بریکت می گویند که بر اساس دما و نوع فرآیندی که تولید شده اند به سه نوع است

1- بریکت گرم 

2- بریکت نرمه

3- بریکت سرد

بریکت گرم بیشترین کاربرد را دارد و در دمای 650 درجه سانتیگراد تولید می شود و بریکت سرد و نرمه در دمای محیطی دیده می شوند. بریکت سازی محصولی با کیفیت و قابلیت ذخیره راحت تر و حمل و نقل ساده تر عرضه می کند. از بریکت در صنایع آهن و فولاد، مواد معدنی،مواد شیمیایی،کودهای شیمیایی،مواد شوینده و بهداشتی استفاده می شود.

تفاوت های گندله و آهن اسفنجی

گندله از ترکیب کنستانتره سنگ آهن و مواد افزودنی (بنتونیت، شیر آهک،ماده آلی،آهک،آب،سیمان) دیگر به صورت گلوله بوجود می آید. ماده اصلی تولید کننده گندله کنستانتره است که به دلیل ریز بودن آن در فرآیند احیا امکان استفاده از آن وجود ندارد. گلوله ها در فرآیند احیا تبدیل به آهن اسفنجی می شوند در واقع ماده اولیه تولید آهن اسفنجی گندله است. 

جمع بندی

با توجه به افزایش روز افزون مصرف فولاد در جهان و نیاز کارخانه های فولاد سازی به آهن اسفنجی و بریکت تولید این دو محصول هم رو به افزایش است. آهن اسفنجی ماده اولیه برای تولید محصولات فولادی مختلف استفاده می شود. یکی از محصولاتی است که بدلیل قیمت پایین و تولید زیاد جهت صادرات استفاده می شود. و قیمت آن از بازارهای جهانی و داخلی تبعیت می کند. همچنین با در نظر گرفتن این موضوع که فرآیند های احیای مستقیم در واحد های گندله سازی انجام می شود و سهم عمده ای از توسعه فولاد کشور خواهد داشت باید دید برای نیاز کشور کدام یک مد نظر است؟؟؟!!!!!