آهن اسفنجی که با نام آهن احیای مستقیم (DRI) نیز شناخته میشود، مادهای بسیار پرکاربرد و ضروری در صنعت فولاد است. این ماده با ساختار متخلخل خود که شبیه اسفنج است، به عنوان منبع آهن با خلوص بالا در کورههای الکتریکی و فرآیندهای ریخته گری استفاده میشود. این ماده نقش مهمی در کاهش ناخالصیها و بهبود خواص مکانیکی محصولات فولادی ایفا میکند. در این بررسی از وب سایت «فولاد آذر آذین» در مورد آهن اسفنجی چیست و کاربردهای آن صحبت میکنیم.
آهن اسفنجی چیست؟
آهن اسفنجی (Sponge Iron) نوعی آهن است که با احیای مستقیم سنگ آهن (به شکل کلوخه، گندله یا نرمه) به آهن فلزی توسط گاز احیا کننده یا کربن عنصری مشتق شده از گاز طبیعی یا زغال سنگ تولید میشود. فرآیند احیای مستقیم، اکسیژن را از سنگ آهن حذف میکند و در نتیجه محصولی تولید میشود که عمدتاً از آهن فلزی تشکیل شده است.
برخلاف آهن خام که در کورههای بلند تولید میشود، آهن اسفنجی در دماهای نسبتاً پایین تری (معمولاً بین ۸۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد) تولید میشود. آهن اسفنجی معمولاً حاوی حدود ۹۰ تا ۹۴ درصد آهن است و بقیه آن شامل ناخالصیهایی مانند سیلیس، کربن، گوگرد و فسفر است.
کاربردهای آهن اسفنجی چیست؟
آهن اسفنجی در درجه اول به عنوان ماده اولیه در تولید فولاد استفاده میشود. کاربردهای آن متنوع است و صنایع مختلف زیر را در بر میگیرد:
فولادسازی
کوره قوس الکتریکی (EAF) فولادسازی: آهن اسفنجی معمولاً در کورههای قوس الکتریکی (EAF) به عنوان جایگزینی برای فولاد قراضه استفاده میشود. ترکیب شیمیایی ثابت و میزان کم ناخالصیهایش، آن را به گزینهای عالی برای تولید فولاد با کیفیت بالا تبدیل میکند.
فولادسازی کوره القایی: آهن اسفنجی همچنین در کورههای القایی استفاده میشود، جایی که برای تولید فولاد با خواص خاص مورد نیاز برای کاربردهای مختلف صنعتی ذوب میشود.
ریخته گری آهن
آهن اسفنجی در تولید ریخته گری آهن استفاده میشود، جایی که ذوب شده و در قالبها ریخته میشود تا قطعاتی با اشکال و اندازههای دقیق تولید شود. این قطعات معمولاً در صنایع خودرو، ماشین آلات و ساخت و ساز استفاده میشوند.
ذوب کردن
در کارخانههای زینترینگ، آهن اسفنجی به عنوان ماده اولیه برای تولید زینتر استفاده میشود که سپس در کورههای بلند برای تولید آهن خام به کار میرود. استفاده از آهن اسفنجی در زینترینگ به بهبود کارایی و کیفیت فرایند زینترینگ کمک میکند.
تولید آلیاژهای آهنی
آهن اسفنجی به عنوان ماده اولیه در تولید آلیاژهای مختلف آهنی، از جمله فروآلیاژهایی مانند فرومنگنز و فروکروم، به کار میرود. این آلیاژها در ساخت فولادهای تخصصی با خواص خاص ضروری هستند.
مزایای آهن اسفنجی چیست؟
استفاده از آهن اسفنجی مزایای متعددی به ویژه در صنعت فولادسازی دارد. در ادامه به این مزایا اشاره میکنیم:
- کیفیت پایدار: آهن اسفنجی ترکیب شیمیایی یکنواختی دارد و ناخالصیهایی مانند گوگرد و فسفر در آن کم است. این پایداری در کیفیت برای تولید فولاد با کیفیت بالا بسیار مهم است.
- بهره وری انرژی: فرآیند احیای مستقیم مورد استفاده برای تولید آهن اسفنجی در مقایسه با روشهای سنتی کوره بلند، از نظر انرژی کارآمد است. این بهره وری، مصرف کلی انرژی در تولید فولاد را کاهش میدهد و به صرفه جویی در هزینهها کمک میکند.
- کاهش ردپای کربن: تولید آهن اسفنجی در مقایسه با فرآیندهای سنتی تولید آهن، انتشار دی اکسید کربن (CO2) کمتری تولید میکند. این موضوع به ویژه در زمینه تلاشهای جهانی برای کاهش انتشار گازهای گلخانهای و مبارزه با تغییرات اقلیمی اهمیت دارد.
- انعطاف پذیری در استفاده از مواد اولیه: آهن اسفنجی را میتوان با استفاده از انواع مواد اولیه، از جمله نرمه سنگ آهن، گندله و سنگ معدن کلوخه تولید کرد. این انعطاف پذیری به تولیدکنندگان فولاد اجازه میدهد تا ترکیب مواد اولیه خود را بر اساس در دسترس بودن و هزینه بهینه کنند.
- بهبود راندمان فولادسازی: استفاده از آهن اسفنجی در کورههای قوس الکتریکی (EAF) و کورههای القایی، راندمان فرایند فولادسازی را بهبود میبخشد. میزان بالای آهن و میزان کم ناخالصیهای آن منجر به زمان ذوب سریعتر و کاهش تشکیل سرباره میشود.
- بهبود خواص فولاد: آهن اسفنجی به تولید فولاد با خواص مکانیکی برتر، از جمله استحکام کششی بالاتر، شکل پذیری بهتر و جوش پذیری بهبود یافته، کمک میکند. این خواص برای تولید محصولات فولادی که نیازهای صنایع مختلف را برآورده میکنند، ضروری هستند.
فرآیندهای تولید آهن اسفنجی چیست؟
آهن اسفنجی از طریق روشهای مختلفی تولید میشود که رایجترین آنها فرآیند کوره دوار مبتنی بر زغال سنگ و فرآیند احیای مبتنی بر گاز است. هر روش مزایای خاص خود را دارد و بر اساس عواملی مانند در دسترس بودن مواد اولیه، منابع انرژی و ملاحظات زیست محیطی انتخاب میشوند.
فرآیند کوره دوار مبتنی بر زغال سنگ
در این فرآیند، سنگ آهن (به شکل کلوخه یا گلوله) با زغال سنگ غیر کک شونده مخلوط شده و به یک کوره دوار تغذیه میشود. کوره شیب دار است و به آرامی میچرخد و به سنگ آهن اجازه میدهد تا در طول کوره به سمت پایین حرکت کند و در حالی که تا حدود ۱۰۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد گرم میشود.
هنگامی که سنگ آهن از کوره عبور میکند، با کربن موجود در زغال سنگ واکنش شیمیایی نشان میدهد و منجر به احیای اکسید آهن به آهن فلزی میشود. سپس آهن احیا شده (آهن اسفنجی) از کوره تخلیه و خنک میشود. فرآیند کوره دوار مبتنی بر زغال سنگ به طور گسترده در کشورهایی با منابع زغال سنگ فراوان مورد استفاده قرار میگیرد، زیرا روشی مقرون به صرفه برای تولید آهن اسفنجی ارائه میدهد.
فرآیند احیای مبتنی بر گاز
فرآیند احیای مبتنی بر گاز شامل استفاده از گاز طبیعی به عنوان عامل احیا کننده است. سنگ آهن (به شکل گلوله یا کلوخه) به یک کوره شفتی تغذیه میشود، جایی که تا حدود ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد گرم میشود.
گاز طبیعی برای تولید مخلوطی از هیدروژن و مونوکسید کربن اصلاح میشود که با سنگ آهن واکنش میدهد تا اکسیژن را حذف کرده و آهن اسفنجی تولید کند. سپس آهن احیا شده از کوره تخلیه و خنک میشود. فرآیند احیای مبتنی بر گاز به دلیل راندمان بالا و تأثیر کم بر محیط زیست شناخته شده است، زیرا در مقایسه با فرآیندهای مبتنی بر زغال سنگ، انتشار CO2 کمتری تولید میکند.
فرآیند SL/RN
فرآیند SL/RN یک روش ترکیبی است که عناصر احیای مبتنی بر زغال سنگ و مبتنی بر گاز را با هم ترکیب میکند. در این فرآیند، سنگ آهن با زغال سنگ مخلوط شده و به یک کوره دوار تغذیه میشود، جایی که گرم شده و به آهن اسفنجی احیا میشود. این فرآیند همچنین شامل تزریق گاز طبیعی به کوره است که به افزایش راندمان کاهش و کاهش ردپای کربن کمک میکند. فرآیند SL/RN در مناطقی که هم زغال سنگ و هم گاز طبیعی در دسترس هستند، مورد توجه قرار میگیرد.
فرآیند HYL
فرآیند HYL یک روش کاهش مبتنی بر گاز است که در مکزیک توسعه یافته است. در این فرایند از گاز طبیعی برای کاهش سنگ آهن در یک کوره شفت استفاده میشود و آهن اسفنجی با درجه بالایی از متالیزاسیون تولید میکند. فرآیند HYL به دلیل بهره وری بالا و راندمان انرژی بالا شناخته شده و در مناطقی که به گاز طبیعی دسترسی دارند، انتخاب محبوبی است.
خرید آهن اسفنجی از فولاد آذر آذین
آهن اسفنجی نقش حیاتی در صنعت فولاد ایفا میکند و یک ماده اولیه پایدار و با کیفیت بالا برای تولید فولاد ارائه میدهد. با افزایش تقاضا برای فولاد با کیفیت بالا، آهن اسفنجی همچنان یک جزء حیاتی در فرآیند تولید خواهد بود و به توسعه زیرساختها و پروژههای صنعتی در سراسر جهان کمک میکند. برای خرید آهن اسفنجی و اطلاع از قیمت روز آن با تیم کارشناسان ما در فولاد آذر آذین تماس بگیرید.