آهن به عنوان یکی از کاربردی‌ترین عناصر موجود در طبیعت شناخته می‌شود و بیش از ۱۴۰۰ سال قبل از میلاد مسیح توسط انسان به کار رفته است. امروزه آهن در اشکال مختلف و با کاربردهای متعددی وجود دارد و به یکی از ارکان جدایی‌ناپذیر صنایع پیشرو و بزرگ تبدیل شده است. آهن اسفنجی یکی از اشکال آهن است که به طور مستقیم و بدون نیاز به ذوب کردن از سنگ آهن به دست می‌آید و می‌تواند کاربردها و استفاده‌های متعددی داشته باشد. با پیشرفت علوم و تکنولوژی‌های مختلف افراد به ویژگی‌ها، قابلیت‌ها و کاربردهای انواع اشکال آهن دسترسی پیدا کرده‌اند و از هر کدام از اشکال آهن و سایر عناصر طبیعت استفاده‌های متعددی می‌شود. در ادامه مطلب به بررسی و معرفی کامل آهن اسفنجی، مزایا و کاربردهای آن پرداخته می‌شود.
آهن اسفنجی چیست؟
آهن اسفنجی شکلی از آهن است که به صورت مستقیم و بدون نیاز به ذوب کردن از سنگ آهن به دست می‌آید. بعد از آنکه سنگ آهن از معادن استخراج شد، اکسیژن موجود در آن حذف شده و مجدداً احیا می‌شود. در این فراینده تکه‌های سنگ آهن به شکل گلوله‌های مختلف در می‌آیند که با نام گندله شناخته می‌شوند و در نهایت آهن اسفنجی از این گندله‌ها تولید می‌شود. در اصل در این روش گندله سنگ آهن با عیار ۶۷%، احیا شده و گندله متخلخل تشکیل می‌گردد و محصول به دست آمده در صنایع مختلفی همچون ریخته‌گری مصرف می‌شود.
احیای آهن اسفنجی که در حقیقت مهم‌ترین و اصلی‌ترین مرحله در تولید آهن اسفنجی است و از طریق منابعی مانند زغال‌سنگ و یا گاز صورت خواهد گرفت. هند، ونزوئلا، ایران و مکزیک بزرگ‌ترین تولیدکننده‌های آهن اسفنجی هستند که در ایران برای احیای این آهن از منابع گازی استفاده می‌شود.
مهم‌ترین کاربردهای آهن اسفنجی
آهن اسفنجی به‌واسطه فرآیند تولید منحصربه‌فردی که دارد همچون یونولیت می‌تواند کاربردهای صنعتی متعددی داشته باشد که مهم‌ترین آن‌ها به شرح زیر هستند:
-
استفاده در کوره‌های القایی
یکی از مهم‌ترین کاربردهای آهن اسفنجی استفاده در کوره‌های القایی است و از آنجایی که در کشور ایران منابع متعددی در دسترس هستند استفاده از این ماده روزبه‌روز در حال رواج است. همچنین با توجه به محدودیت و کمبود قراضه و ضایعات فلزی، آهن اسفنجی می‌تواند گزینه بسیار خوبی برای کوره‌های القایی باشد. استفاده از آهن اسفنجی در کوره القایی می‌تواند به بهبود و افزایش کیفیت فولاد تولیدی کمک کرده و در کاهش هزینه‌ها مؤثر باشد.
-
استفاده در صنعت ریخته‌گری و فولاد
در حقیقت می‌توان از آهن اسفنجی در تمام روش‌های تولید فولاد استفاده کرد و شرکت‌های بزرگ تولیدکننده فولاد از این ماده برای تکمیل ظرفیت فولاد خود در مقیاس‌های متفاوتی بهره می‌برند. از آنجایی که آهن اسفنجی به روش خاصی تولید می‌شود از عیار بالاتری نسبت به آهن خام برخوردار است و با توجه به آنکه در تعدادی از کشورها همچون ایران منابع زیادی برای استخراج و احیای آن وجود دارد برای تولید فولاد به کار می‌رود. در اصل آهن اسفنجی به عنوان مواد اولیه ذوب استفاده می‌شود. گذشته و قبل از کشف آهن اسفنجی از ضایعات و قراضه‌ها به منظور استفاده در ریخته‌گری فولاد استفاده می‌شد و همین امر باعث می‌شد که محصولات از کیفیت مناسبی برخوردار نباشند اما امروزه استفاده از آهن اسفنجی به بهبود محصولات فولادی کمک زیادی کرده است. در مقاله دیگری از سایت مادفوم تحت عنوان یونولیت سقفی به بررسی و معرفی کامل یونولیت‌های سقفی، کاربردها و ویژگی‌های آن‌ها پرداخته‌شده است که می‌تواند اطلاعات مفیدی در اختیار خواننده قرار بدهد.
-
انواع روش‌های تولید آهن اسفنجی
آهن اسفنجی به عنوان یکی از مواد کاربردی در صنایع ریخته‌گری و فولادی می‌تواند به روش‌های مختلفی تولید شود. در اصل تولید گندله متخلخل از سنگ آهن به دو روش گازی (Gas Based) یا استفاده از زغال‌سنگ (Coal Based) انجام خواهد شد. در کشور ایران به‌واسطه منابع گازی بیشتر از روش گازی برای تولید این ماده استفاده می‌شود. برای تولید آهن اسفنجی با استفاده از گاز طبیعی از ۳ فناوری اصلی میدرکس، HYL و Purofer استفاده می‌شود و مهم‌ترین منابع زغال‌سنگ نیز شامل SL/RN (اس – آل – آر – ان)، Jindal (جیندال) و DRC (دی – آر – سی) هستند.
-
تولید آهن اسفنجی به روش میدرکس
روش میدرکس رایج‌ترین و پراستفاده‌ترین روش تولید آهن اسفنجی در ایران و جهان است و در این روش گاز طبیعی وارد واحد شکست گاز شده و بر اثر حرارت وارد شده و کاتالیست های مخصوص به هیدروژن و کربن تبدیل خواهد شد. در مرحله بعدی هیدروژن و کربن وارد کوره‌های احیا شده و با اکسیژن گندله سنگ آهن ترکیب می‌شوند و موجب احیای سنگ آهن خواهند شد. روش میدرکس به عنوان به‌صرفه‌ترین و پربازده‌ترین روش تولید آهن اسفنجی شناخته می‌شود و در ایران نیز بیش از ۸۰ درصد آهن اسفنجی با این روش تولید می‌شود.
-
تولید آهن اسفنجی به روش HYL
روش HYL نیز یکی از روش‌های معروف و رایج تولید آهن اسفنجی است که بر مبنای زغال‌سنگ می‌باشد و با توجه به آنکه مصرف برق بالایی داشته و از مشکلات ظرفیتی برخوردار است در ایران مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. در این روش تولید آهن اسفنجی، ترکیبات شیمیایی مختلفی همچون آهن، کربن، گوگرد، فسفر، دی‌اکسیدِ سیلیسیم ، آلومینیوم اکسید، کلسیم اکسید، منیزیم اکسید و … نیز تولید خواهد شد.
-
تولید آهن اسفنجی به روش Purofer
در این روش، ابتدا سنگ آهن باید الک شده و مواد حاصله در کوره‌ای مخروطی شکل ریخته شود. در این فرآیند، سنگ آهن به سمت پایین سرازیر شده و گاز طبیعی به همراه یک گاز کمکی به سمت بالا جابجا می‌شوند. این روش توانایی احیا کردن تا حدود ۹۵ درصد آهن موجود در گندله را دارد و آهن اسفنجی تولید شده در این روش از خصوصیات مناسبی برای استفاده در صنعت فولادسازی برخوردار است.
برای تولید آهن اسفنجی با استفاده از زغال‌سنگ نیز از دو روش کوره تونلی و SL/RN استفاده می‌شود.
کوره تونلی ساختاری بلند و طویل داشته و از آجرهای نسوز ساخته می‌شود و در کف آن ریل‌های مخصوصی قرار گرفته‌اند. در این کوره سه مرحله پیش‌گرمایش، احیا و خنک شدن وجود خواهد داشت و آهن به شکل پودر از آن عبور کرده، در مجاورت زغال‌سنگ قرار گرفته و در اثر حرارت ناشی از سوختن گاز طبیعی با اکسیژن هوا احیا می‌شود.
در روش SL/RN نیز در یک کوره دوار، سنگ آهن، زغال کک نشو، مقداری آهک، دولومیت و زغال‌سنگ برای تولید آهن اسفنجی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
جمع‌بندی نهایی
آهن اسفنجی به صورت مستقیم و بدون نیاز به ذوب کردن از سنگ آهن به دست می‌آید و برای تولید آن از منابع گازی و زغال‌سنگ استفاده می‌شود. این آهن از روش‌های مختلفی تولید می‌شود و مهم‌ترین کاربردهای آن استفاده در کوره‌های القایی و صنایع ریخته‌گری و فولادسازی است.
