آهن اسفنجی؛ فرآیند تولید و کاربرد در صنعت فولاد

آهن اسفنجی؛ فرآیند تولید و کاربرد در صنعت فولاد

بررسی کامل یکی از مواد اولیه کلیدی در تولید فولاد

⸻

مقدمه

در مسیر تولید فولاد، یکی از مهم‌ترین مواد اولیه مورد استفاده، آهن اسفنجی است. این ماده جایگزینی اقتصادی و زیست‌محیطی برای قراضه آهن و آهن خام در بسیاری از کارخانه‌های فولادسازی به‌شمار می‌رود. در واقع، آهن اسفنجی محصولی نیمه‌فرآوری‌شده از سنگ‌آهن است که به‌صورت مستقیم و بدون ذوب شدن، احیا شده و برای شارژ در کوره‌های فولادسازی (به‌ویژه کوره‌های القایی و قوس الکتریکی) استفاده می‌شود.

⸻

۱. آهن اسفنجی چیست؟

آهن اسفنجی، نوعی آهن با خلوص بالا (بین ۸۵ تا ۹۵ درصد آهن فلزی) است که از احیای مستقیم سنگ آهن به دست می‌آید. به دلیل ظاهر متخلخل و اسفنج‌مانند آن، به این نام شناخته می‌شود. در این فرآیند، سنگ‌آهن (در قالب گندله یا کلوخه) بدون ذوب شدن، توسط گاز طبیعی یا زغال احیا شده و اکسیژن آن گرفته می‌شود.

⸻

۲. فرآیند تولید آهن اسفنجی

روش‌های اصلی احیای مستقیم:

الف) روش گازی (MIDREX و HYL) – پرکاربردترین روش در ایران
• در این روش، گاز طبیعی (CH₄) به عنوان عامل احیاکننده استفاده می‌شود.
• گاز در تماس با گندله داغ باعث کاهش اکسید آهن به آهن فلزی می‌شود.
• خروجی، آهن اسفنجی با خلوص بالا و به شکل گلوله‌ای است.

ب) روش زغالی (SL/RN) – رایج در کشورهایی فاقد گاز
• زغال سنگ به عنوان عامل احیای شیمیایی به کار می‌رود.
• در کوره‌های دوار، مواد احیا و به شکل توده‌ای خارج می‌شوند.
• این روش آلودگی بیشتری نسبت به روش گازی دارد.

⸻

۳. ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آهن اسفنجی

ویژگی مقدار متوسط
درصد آهن فلزی (Fe total) 85 تا 95٪
کربن ۰٫۵ تا ۲٪
شکل ظاهری گلوله‌ای یا تکه‌ای با سطح متخلخل
چگالی نسبی کمتر از فولاد خام
واکنش‌پذیری بالا – مستعد اشتعال در تماس با هوا

⸻

۴. موارد مصرف آهن اسفنجی
• خوراک اصلی کوره‌های قوس الکتریکی (EAF)
• تولید فولاد در کوره‌های القایی (IMF)
• جایگزین قراضه آهن در فرآیندهای فولادسازی
• ترکیب با قراضه برای بهبود کیفیت مذاب
• تولید بریکت گرم (HBI) برای حمل‌ونقل ایمن‌تر

⸻

۵. مزایای استفاده از آهن اسفنجی در فولادسازی

مزیت توضیح
خلوص بالا حذف ناخالصی‌هایی مانند گوگرد و فسفر
یکنواختی ترکیب شیمیایی کنترل بهتر بر کیفیت فولاد نهایی
دسترسی بیشتر نسبت به قراضه بویژه در کشورهایی که قراضه فلزی کم دارند
آلودگی کمتر در روش گازی نسبت به کوره بلند یا روش‌های مبتنی بر زغال
کاهش گازهای گلخانه‌ای به‌ویژه در فرآیند MIDREX به دلیل مصرف گاز طبیعی

⸻

۶. معایب و چالش‌ها
• قابلیت اشتعال بالا: به‌ویژه در دمای محیط و تماس با رطوبت
• نیاز به تجهیزات نگهداری ویژه (سیلو، سیستم خنک‌کننده)
• نیاز به گاز طبیعی یا زغال با کیفیت بالا
• هزینه سرمایه‌گذاری اولیه زیاد برای احداث واحد احیای مستقیم

⸻

۷. آینده آهن اسفنجی در صنعت فولاد

با توجه به روند جهانی کاهش استفاده از کوره بلند و حرکت به سمت فولاد سبز (Green Steel)، استفاده از آهن اسفنجی، به‌ویژه با روش گازی، آینده‌ای روشن دارد. بسیاری از کشورها در حال سرمایه‌گذاری در فناوری‌های احیای مستقیم هستند تا علاوه بر تولید فولاد با کیفیت، آلودگی محیط‌زیستی را کاهش دهند.

⸻

نتیجه‌گیری

آهن اسفنجی یک ماده کلیدی در صنعت فولاد نوین است. با تولید از سنگ‌آهن و بدون نیاز به ذوب در مرحله احیا، هم از نظر انرژی مقرون‌به‌صرفه است و هم گزینه‌ای پاک‌تر نسبت به روش‌های سنتی است. استفاده گسترده از آهن اسفنجی در ایران نیز به دلیل دسترسی به منابع گاز، موقعیت راهبردی این کشور را در زنجیره تأمین فولاد جهان تقویت کرده است.