آهن اسفنجی چیست؟
آهن اسفنجی چیست؟

 

اولین موضوع برای پاسخ به این سؤال که «آهن اسفنجی» چیست این است که 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، روش تولید آهن اسفنجی، کاربردهای آهن اسفنجی، خواص فیزیکی آن ازجمله چگالی و درجه متالیزاسیون، فرمول شیمیایی و روش حفاظت از آهن اسفنجی اشاره شده است. در انتهای این مطلب نیز می‌توانید با برخی از تولیدکنندگان داخلی این فرآورده آشنا شوید.

همچنین می‌توانید برای خواندن مقالات بیشتر در حوزه آهن و فولاد و محصولات مکمل، به صفحه راهنمای خرید آهن و فولاد بلاگ آسرون سری بزنید.

 

کاربردهای آهن اسفنجی

از کاربردهای آهن اسفنجی می‌توان به استفاده از آن به‌جای ضایعات آهن در فرایند ذوب اشاره کرد. کاربردهای آهن اسفنجی 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 آهن اسفنجی می‌توان به ساخت آهن فرفورژه یا فولاد فراوری‌شده اشاره نمود.

در ایران از سال 1389 در یکی از کارخانه‌های یزد استفاده از آهن اسفنجی در کوره‌های القایی آغاز شد. البته در آن زمان به دلیل اینکه مقدار آهن‌قراضه هرچند با کیفیت پایین، بسیار زیاد بود؛ نیاز به کاربرد آهن اسفنجی چندان ضروری به نظر نمی‌رسید. از طرفی تجربه‌های اولیه کاربردهای آهن اسفنجی 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 به کارگیری 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 آهن اسفنجی 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:

 

کاربردهای بریکت:

زمینه‌های کاربرد بریکت سازی عبارت‌اند از:

 

مزایای آهن اسفنجی

 

چگالی آهن اسفنجی

چگالی آهن اسفنجی نسبت به آهن‌قراضه بیشتر بوده و بنابراین می‌توان مقدار کمتری آهن‌قراضه به کوره شارژ کرد. چگالی آهن اسفنجی 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

قابلیت اکسیداسیون و زنگ‌زدگی از خطرات آهن اسفنجی است؛ بنابراین باید حفاظی برای آن در نظر گرفته شود و در صورت امکان در اسرع وقت به فولاد تبدیل شوند. همچنین از دیگر خطرات آهن اسفنجی می‌توان به امکان اشتعال آن در حالت خمیری اشاره نمود.

برای جلوگیری از اکسیداسیون آهن اسفنجی می‌توان توسط 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

تفاوت آهن اسفنجی و گندله در این بخش موردبررسی قرار خواهد گرفت. 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.

 

فرمول شیمیایی آهن اسفنجی

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 آهن اسفنجی به‌صورت فرایندهای زیر اتفاق می‌افتد:

 

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:

 

 

در جدول زیر درصد عناصر شیمیایی موجود در آهن اسفنجی 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

روش تولید آهن اسفنجی استفاده از زغال‌ غیر کک‌ شو از طریق فرآیند احیای سنگ‌آهن در کوره دوار است. روش تولید آهن اسفنجی در یک درجه حرارت مشخص و فشار اتمسفری کنترلی انجام می‌شود. شرکت میدرکس آمریکا اولین شرکتی بود که آهن اسفنجی تولید کرد و اولین روش تولید آهن اسفنجی هم به نام این شرکت نام‌گذاری شده است.

 

 

انواع روش تولید آهن اسفنجی در لیست زیر آمده است:

 

 

 

درجه متالیزاسیون آهن اسفنجی

بخشی از آهن در آهن اسفنجی به‌صورت آزاد و بخشی به‌صورت اکسید آهن وجود دارد. درجه متالیزاسیون آهن اسفنجی یا درجه آهنی شدن آن، درواقع میزان آهن آزاد در آهن اسفنجی است.

به‌طور مثال اگر درجه متالیزاسیون آهن اسفنجی ۹۱ درصد باشد و کل آهن موجود در آهن اسفنجی نیز ۹۱ درصد باشد، ضرب این دو عدد میزان آهنی است که در آهن اسفنجی به‌صورت خالص وجود دارد را نشان می‌دهد.

 

 

درواقع درجه متالیزاسیون آهن اسفنجی نشان می‌دهد که چند درصد از آهن به‌صورت آزاد و چند درصد به‌صورت اکسید آهن در آهن اسفنجی 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

 دلیل اصلی آمار بالای تولید آهن اسفنجی در چند کشور محدود، به ذخایر گاز و زغال‌سنگ (حرارتی)، به‌عنوان عوامل اصلی جهت تولید انرژی موردنیاز فرایند احیای مستقیم مربوط می‌شود. ایران و هند دو تولیدکننده عمده آهن اسفنجی در جهان هستند. این در حالیست که کرونا نتوانست رشد تولید فولاد را در ایران متوقف کند و رشد تولید آهن اسفنجی و فولاد خام ایران در چهارماهه ابتدایی امسال بسیار مناسب بود. ازآنجایی‌که ایران رتبه یک را در این زمینه دارد، تولیدکنندگان آهن اسفنجی در ایران تعداد قابل‌توجهی دارند. ازجمله تولیدکنندگان آهن اسفنجی در ایران می‌توان به کارخانه‌های زیر اشاره نمود:

 

 

 

آهن اسفنجی ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارد که توانسته جایگزین مناسبی برای آهن‌قراضه در صنعت فولاد باشد. این ماده به علت نداشتن اکسیژن و وجود شکلی متخلخل به آهن اسفنجی معروف شده است. در حال حاضر در حدود ۵% از فولاد جهان از آهن اسفنجی (DRI) تولید شده و این روند رو به افزایش است. در ایران نیز تولید فولاد از طریق احیای مستقیم و کوره‌های الکتریکی در راستای سیاست‌های شرکت ملی فولاد و وزارت صنایع بوده و به همین دلیل آهن اسفنجی می‌تواند نقش مؤثری در صنعت فولاد و اقتصاد کشور داشته باشد.