آهن اسفنجی چیست و چگونه تولید می شود؟

آهن اسفنجی، نوعی فلز است که با ریختن آهن مایع در قالب هایی به شکل نواری، افزایش سرعت جریان هوا، اکسیژن، آلیاژها و اندازه ذرات، باعث پخته شدن آهن صنعتی می‌شود. پس از پخته شدن، آهن صنعتی به شکل یک بلوک جامد و غیر قابل شکست تبدیل می‌شود.

قیمت آهن اسفنجی به علت پیچیدگی فرآیند تولید و نیز وابستگی بسیار بالای آن به قیمت مواد اولیه، چند برابر قیمت آهن صنعتی است. علاوه بر این، نوع و کیفیت سنگ آهن، شرایط آب و هوایی و در دسترس بودن منابع انرژی، فاکتورهای دیگری هستند که بر قیمت آهن اسفنجی تاثیرگذار هستند.

برای تولید آهن اسفنجی، ابتدا سنگ آهن در معادن استخراج می‌شود و سپس به کارخانه برای پخته شدن و تبدیل به آهن اسفنجی انتقال داده می‌شود. در این مرحله، با تزریق مواد شیمیایی به آهن مایع، مقدار فلزات غیر خالص موجود در آن کاهش داده می‌شود و آهن با احتساب سایر آلیاژها به شکل آهن اسفنجی تولید می‌شود.

در نهایت، آهن اسفنجی به شکل بلوک های صنعتی بزرگی تولید و برای استفاده در صنایع ساختمانی، خودروسازی و غیره، استفاده می‌شود. به طور کلی، تولید آهن اسفنجی یک فرآیند پیچیده و مهم برای تولید فلزات صنعتی است که در اقتصاد جهانی تأثیر بسیاری دارد.

معرفی آهن اسفنجی و کاربردهای آن

آهن اسفنجی ازمواد فلزی مهم است که در تولید قطعات ماشین‌آلات، ساخت جسم خودرو، ساخت سازه‌های بزرگ و همچنین در صنعت ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فلز قادر به تحمل فشار و رطوبت بوده و همچنین به دلیل ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی مطلوبش، دارای قابلیت حساسیت کمتری در برابر اکسیداسیون نسبت به سایر فلزات است.

گرچه قیمت آهن اسفنجی نسبت به دیگر فلزات خیلی بالاتر نیست، اما به علت استفاده گسترده‌ای که در بسیاری از صنایع دارد، مبلغی بسیار بالا به شمار می‌آید. علاوه براین، زنجیره تولید آهن اسفنجی، از استخراج ماده معدنی گرفته تا فرآوری این فلز به صورت زنجیره‌ای است، بنابراین قیمت آن به عامل‌های مختلفی بستگی دارد که از آنجمله می‌توان به نرخ جهانی ارز، قطعات اولیه داخلی ، هزینه برق و پتروشیمی اشاره کرد.

در بسیاری از صنایع، آهن اسفنجی به عنوان جایگزین مناسبی برای فلزات دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فلز به دلیل ویژگی‌هایی مانند انعطاف‌پذیری بالا، مقاومت در برابر خراشیدگی، مقاومت در برابر کنندگی در فرایند‌های تولیدی و طراحی مناسب از طریق فرایندهای گرمایی از سایر فلزات منحصره‌به‌فرد است. به عنوان مثال، در صنعت خودرو، آهن اسفنجی در قطعاتی مانند پنجره‌های جانبی، کاپوت خودرو و ستون‌های ظرفیتی کاربرد دارد. همچنین، در ساخت سازه‌های بزرگی مانند پل‌ها، نمای ساختمان‌ها و تجهیزات مختلف سازه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. در کنار این صنایع، در صنعت فضایی، در تولید دستگاه‌های جوش تختهای زنگ‌زده و تریلر کامیون نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

به طور کلی، آهن اسفنجی به دلیل خواص منحصر به فردی که دارد، در بسیاری از صنایع کاربرد دارد و به دلیل قیمت آن که نسبتاً پایینتر است نسبت به فلزات دیگر بهینه‌سازی هزینه در صنایعی مانند خودروسازی، فضایی و ساخت سازه‌های بزرگ موثر خواهد بود.

روش‌های تولید آهن اسفنجی

آهن اسفنجی یکی از انواع فلزات است که بدون شبیه‌سازی قابل تولید نیست و تنها در کوره‌های اسفنجی تولید می‌شود. روش تولید آهن اسفنجی با استفاده از کوره‌های اسفنجی به دو صورت مستقیم و غیرمستقیم در صنایع فولاد و آهن انجام می‌شود.

در روش مستقیم، مواد خام شامل سنگ‌های آهنی، کک و سوخت در کوره‌های اسفنجی قرار می‌گیرند. در این کوره‌ها، به دلیل وجود گازهای فعال و به خصوص هیدروژن، کک به دی‌اکسید کربن تبدیل شده و بخشی از آهن به صورت اسفنجی تشکیل می‌شود. در این روش، حدود 90 درصد از آهن با کیفیت بالا به دست می‌آید. علاوه بر این، برای تولید آهن اسفنجی با استفاده از این روش، هزینه بازیافت گرمایی بسیار کمتر است و این باعث می‌شود این روش از هزینه‌بازیافت گرمایی پایین‌تری نسبت به روش‌های دیگر برخوردار باشد.

روش غیرمستقیم تولید آهن اسفنجی مبتنی بر روی استفاده از گازهای غنی شده با هیدروژن و تبدیل شده به مواد خام است. در این روش، گازهای اکسیژن و کربن دی‌اکسید در کوره با گازهای هیدروژن ترکیب می‌شوند و به صورت منفرد کوره‌های اسفنجی قرار می‌گیرند. در این دستگاه‌ها، آهن تولید شده تنها 20 تا 30 درصد کیفیت آهن اسفنجی را دارد.

با توجه به فرایند تولید، قیمت آهن اسفنجی نیز با قیمت آهن به صورت فولادی متفاوت است. علاوه براین، هزینه تولید آهن اسفنجی با استفاده از روش‌های مستقیم، پایین‌تر از روش غیرمستقیم است. با این حال، سرمایه‌گذاران با در نظر گرفتن عوامل مختلف از جمله هزینه تولید، کیفیت مواد خام و تقاضای بازار، هزینه‌های مربوط به تولید و قیمت نهایی محصول خود را تعیین می‌کنند.

مراحل فرآوری آهن اسفنجی

آهن اسفنجی به عنوان یکی از مهم‌ترین فلزات در صنایع مختلف، از پسماندهای زیادی به دست می‌آید. برای فرآوری این فلز، مراحلی باید طی شود که در نهایت باعث تولید آهن به شکل آلیاژی با قیمت بالایی می‌شود.

اولین مرحله در فرآوری آهن اسفنجی برش آن است. با برش قطعات آهن اسفنجی به صورت همسان و بعد از آن پاک‌سازی از روغن، آنها به صورت پودری دست‌آورده می‌شوند. در مرحله بعدی، پودرهای آهن به صورت خمیر درآورده می‌شوند، سپس به روش خودریخته‌گری سرد که در آن خمیر آهن اسفنجی به وسیله فوم شیمیایی با گاز ایزوبوتان ریزذرات می‌شود، این ذرات آهن اسفنجی به شکل الکترودها در کوره‌های بزرگی که با استفاده از گاز طبیعی به دمای ۱۲۸۰ درجه سانتی‌گراد بسیار داغ می‌شوند، جوشانده می‌شوند.

در این مرحله فلزات دیگر نیز به آنها اضافه می‌شود. پس از ۶ تا ۸ ساعت، الکترود‌ها آماده می‌شوند. به لحاظ فنی پروسه الکترواسپری و فوم ریزی در دمای بالا بیشتر به این دلیل اتفاق می‌افتد که در کوره‌های سنتی، آلاینده‌های آهن بدون اینکه به تبخیر درآیند، بالاخره به ۳۰ تا ۴۰ درصد فلز برخورد می‌کنند در حالی که در الکترواسپری، آلاینده‌ها یا مولفه‌هایی مثل سولفور، فسفر یا سیلیکون، به صورت محلول در آهن اسفنجی به داخل الکترود نفوذ می‌کنند و اگر روش جایگزین کوره‌های سنتی به کار برده شود، کیفیت آهن اسفنجی به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد. با فرآوری در کوره‌های بزرگ، فلز سنگینی همچون نیکل، کربن و سولفور به سطح آهن دودی خورده و به سکه آهنی تبدیل می‌شود. بنابراین، با توجه به مراحل فرآوری آهن اسفنجی، قیمت آن متغیر خواهد بود، که با تولید آهنی با کیفیت و تمیز، افزایش خواهد یافت.

فرآیند تولید آهن اسفنجی با استفاده از فرناچر چرخشی

تولید آهن اسفنجی با استفاده از فرناچر چرخشی یکی از روش‌های مدرن تولید آهن می‌باشد و این فعالیت به دلیل کاهش هزینه تولید و بالا رفتن کیفیت و کاهش آلاینده‌های صنعتی، در سطح جهانی پرطرفدار شده است. با این حال، قیمت آهن اسفنجی نیز به عنوان یکی از اجزای مهم در تولید این مواد، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

بسیاری از عوامل، تأثیر مستقیم بر روی قیمت آهن اسفنجی دارند. فیلترها و دیگر تجهیزات صنعتی مورد استفاده در چرخه تولید، هزینه‌های سرمایه گذاری اولیه، هزینه‌های تهیه مواد اولیه و انتقال آن‌ها و هزینه بسته‌بندی و حمل و نقل، به عنوان بخشی از هزینه‌های تولید به شمار می‌آیند. همچنین، تغییرات در بازار فلزات و قیمت آهن وگاهی اوقات تأثیر چشمگیری بر روی قیمت آهن اسفنجی دارد.

راه‌هایی برای کاهش قیمت آهن اسفنجی نیز موجود است. برخی از این راه‌های کاهش هزینه، به بهبود استفاده از منابع و کاهش ضایعات و بازیافت، استفاده از انرژی های پایین تر، کاهش هزینه‌های سرمایه گذاری اولیه و بهبود عملکرد تجهیزات صنعتی اشاره دارند.

به طور کلی، قیمت آهن اسفنجی توسط بسیاری از عوامل تعیین می‌شود. با توجه به اینکه تعدادی از این عوامل، مستقیماً با فرآیند تولید آهن اسفنجی ارتباط دارند، افزایش بهره وری و بهبود عملکرد تجهیزات و فرآیندهای صنعتی می‌تواند به کاهش قیمت آهن اسفنجی در بلند مدت کمک کند.

مزایای استفاده از آهن اسفنجی مقایسه با فولاد

آهن اسفنجی یا در ترمینولوژی فولادسازی به "آهن خام" معروف است و ماده‌ای است که به کمک ارتقای دما، آهن واکنشی به شکل اسفنجی تولید می‌شود. یکی از مزایای استفاده از آهن اسفنجی در مقایسه با فولاد، قیمت آن است. برای تولید فولاد، مواد اولیه آن شامل سنگ آهن، کک و ذوب کننده مورد نیاز است. اما با وجود اینکه استخراج و فرآوری سنگ آهن از روی معدن، بررسی و جداسازی عناصر غیر مورد نیاز، ذوب، پسماند، حمل، نقل و مصرف سوخت نیز هزینه‌های بالایی دارد، قیمت فولاد با قیمت آهن اسفنجی برابر نیست.

از طرفی، مقاومت و سختی فولاد از آهن اسفنجی بیشتر است، چرا که در فرایند تولید فولاد، به آن عناصر دیگری مانند کربن، نیکل، المونیوم و کروم به آن می‌افزایند. بنابراین، در برخورد با فشار و کشش، فولاد بهتر و قوی‌تر از آهن اسفنجی عمل می‌کند.

هرچند که، با توجه به اینکه آهن اسفنجی پرهزینه‌تر از فولاد نیست، در برخی موارد مانند ساخت برخی قطعات دوچرخه، قطعات وسایل نقلیه، قطعات صنایع خودروسازی و حتی پل‌ها، می‌توان از آهن اسفنجی به جای فولاد استفاده کرد. از دیگر مزایا ویژه آهن اسفنجی نیز می‌توان به مصرف کمتر انرژی در فرایند تولید و کاهش گرمای انتشاری آن در مقایسه با فولاد اشاره کرد.

در کل، مزایای استفاده از آهن اسفنجی در مقایسه با فولاد در برخی موارد همچنان توجیه پذیر بوده و برای رفع مشکلات اقتصادی، می‌توان از آن به جای فولاد استفاده کرد. گرچه با توجه به مزایای فولاد همچنان در بسیاری از موارد فولاد پیشنهاد می‌شود.