امروزه صنعت آهن و فولاد به یکی از اصلی‌ترین پایه‌های اقتصادی و اجتماعی کشور‌های دنیا تبدیل شده است. آهن، یکی از عناصر جدایی ناپذیر از زندگی بشر بوده است. به مرور و با پیشرفت زندگی شهری و همچنین توسعه کشورها و پیشرفت علم، بکار‌گیری آهن آلات مختلف در بخش‌های متفاپت زندگی افزایش یافت.
به گونه‌ای که در هر مکان و تحت هر شرایطی که قرار داشته باشیم در اطراف خودمان مقاطع فولادی گوناگون و محصولات آهنی بسیاری را مشاهده می‌کنیم. در نهایت همه این امور نشان از نقش چشمگیر آهن در زندگی روزمره بشر دارد که در جهت پیشبرد مقاصد خود در زندگی از آن استفاده می‌کند.
آهن چیست؟
آهن عنصری شیمیایی بوده که در جدول تناوبی با علامت Fe و عدد اتمی ۲۶ نشان داده می‌شود. آهن فلزی است که در گروه ۸ و دوره ۴ جدول تناوبی جای دارد. آهن به صورت خالص، ماده‌ای شکننده و سخت بوده که نزدیک به ۵ درصد هسته زمین را شامل می‌شود. این فلز از سنگ معدن هماتیت استخراج می‌شود و به ندرت به حالت آزاد (عنصری) یافت می‌شود. فلز آهن ۹۵ درصد از همه فلزات تولید در جهان بوده، در نتیجه فلزی کارآمد و دهمین عنصر فراوان در جهان محسوب می‌شود که دارای انواع مختلفی است.
فرآیند تولید آهن آلات
در سراسر دنیا آهن به دو روش تولید می‌شود که در ادامه به بررسی آن خواهیم پرداخت:
کوره بلند (کنورتور)
- احیا مستقیم یا کوره الکتریکی
جهت تولید آهن آلات به شرایط خاص هرکشور همچنین به نوع مواد اولیه و انرژی قابل دسترس بستگی دارد. کشوری که منابع آن ذغال سنگ مرغوب باشد روش کوره بلند اقتصادی‌تر خواهد بود و در کشوری که منابع سرشار آن گاز طبیعی باشد روش احیا مستقیم گزینه مناسب تری خواهد بود.
برای تولید آهن آلات در کارخانه ذوب آهن اصفهان از روش کوره بلند مورد استفاده قرار می‌گیرد و در مجتمع‌های فولاد مبارکه و اهواز برای تولید آهن آلات از روش احیا مستقیم کمک گرفته می‌شود.
ضایعات آهن چیست + کاربردهای آهن
- تولید آهن آلات با استفاده از روش کوره بلند
این روش با استفاده از روش سنتی تولید آهن آلات سابقه‌ی بیشتری دارد. در سال ۱۶۰۰ میلادی در انگلستان اولین کوره تولید شد و از سال ۱۸۰۰ میلادی استفاده تجارتی با روش گرم کردن هوای ورودی شروع شد.
جهت تولید فولاد بعد از استخراج کردن سنگ آهن از معدن به روش کوره بلند که همان روش سنتی می‌باشد خرد و به اندازه موردنظر الک می‌شود و به انبار سنگ آهن منتقل می‌شود.
سنگ آهن پس از خرد شدن با مقداری پودر کک نخست به قسمت آلگومداسیون انتقال یافته و از آنجا وارد کوره بلند می‌شود. برای شارژ کوره بلند به صورت لایه‌هایی از سنگ آهن، کک و سنگ آهک صورت می‌گیرد. سپس به وسیله‌ی لوله‌های دمش هوای داغ به داخل کوره دمیده می‌شود.
در نتیجه هنگام سرازیر شدن کوره سنگ آهن احیا شده به علت گرمای زیاد ذوب شده و در قسمت تحتانی کوره تجمع میابد. آهن خام مذاب پس از مدتی معین از کوره تخلیه شده سپس به همراه آهن قراضه به کنورتور منتقل می‌شود.
آهن خام مذاب در داخل کنورتور درجه حرارت و ترکیبات لازم را بر اثر دمیدن اکسیژن به دست می آورد. سپس فولاد تولید شده در قالب ریخته شده و به صورت شمش، بیلت و یا بلوم به کارخانه نورد منتقل می‌شود تا در نهایی محصول نهایی تولید گردد.
- تولید آهن آلات با روش احیا مستقیم
در این روش سنگ آهن در کنار زغال احیا داده می‌شود و به آهن اسفنجی تبدیل می‌شود. در گذشته آهن اسفنجی به دست آمده را توسط چکش کاری شکل می‌دادند تا به آهن آلات تبدیل شوند. نخستین مرحله‌ی تولید آهن آلات از سنگ آهن بوده و با استفاده از تکنولوژی از روش احیا مستقیم در مقیاس وسیع و در واقع از تکنولوژی پیشرفته امروزی و با توجه به این روش قدیمی نشات می‌گیرد.
در سال ۱۸۶۹ میلادی برای نخستین بار از کوره احیا مستقیم مورد استفاده قرار می‌گرفت. همچنین در سال ۱۹۵۲ از کوره احیا مستقیم استفاده تجارتی با استفاده از گاز طبیعی صورت می‌گرفت. استفاده از روش احیا مستقیم سنگ معدن تغلیظ شده از ابتدا به گندله تبدیل کرده سپس پس از جدا نمودن گندله‌های ریز بقیه گندله‌ها به واحد احیا مستقیم انتقال میابد.
حالت جامد گندله بدون اینکه تغییر یابد احیا می‌شوند؛ می‌توان اینگونه بیان نمود که دیگر اکسیژن اکسیدهای آهن را از آن جدا می‌کنند. در آنجا بدون آنکه حالت جامد گندله تغییر کند آن را احیا نموده به عبارت دیگر اکسیژن اکسیدهای آهن را از آن جدا می‌نمایند.
آهن اسفنجی تولید شده از احیا مستقیم با درصدی از آهن قراضه برای ذوب وارد کوره‌های قوس الکتریکی می‌شود. در واقع، ناخالصی موجود در آهن اسفنجی در این مرحله تغلیظ شده و با مقدار کمی اکسید آهن به صورت سرباره از فولاد مذاب جدا می‌شود. فولادی که به وسیله کوره‌های بلند ایجاد می‌شود را می‌توان با روش ریخته‌گری به ظاهری مناسب برای ارسال به کارخانه ی نورد تبدیل کرد.
سخن پایانی
در این مقاله به بررسی فرآیند تولید آهن آلات پرداختیم. تولید آهن به دو روش مختلف با استفاده از روش کوره بلند و با روش احیا مستقیم انجام می‌گیرد. در صورت وجود هرگونه ابهام و پرسش می‌توانید با مشاوران ما در ارتباط باشید.