آهن اسفنجی
فهرست مطالب
آهن اسفنجی چیست
ترکیبات آهن اسفنجی چیست؟
آشنایی با خطرات آهن اسفنجی
کاربرد آهن اسفنجی در ریخته گری
دلیل آتش گرفتن آهن اسفنجی
بررسی روش‌های تولید آهن اسفنجی
آهن اسفنجی چیست
آهن اسفنجی به یک نوع از آهن ارتقا یافته اطلاق می‌شود که در آن تا 10 درصد کربن و مقادیر کمی از عناصر دیگر مثل سیلیسیم، منگنز، فسفر و گوگرد وجود دارد. این نوع آهن در دماهای بالا قابل تشکیل و شکل‌گیری است و به شکل یک ماسه اسفنجی یا یک ساختار مشبک نمایان می‌شود.
فرآیند تولید آهن اسفنجی شامل ذوب سنگ‌های آهنی با کک ( نوعی زغال سنگ است که از بقایای گیاهان به دست می‌آید) است آهن اسفنجی معمولاً دارای خواص مکانیکی بهتری نسبت به آهن معمولی است و در برخی از مصارف خاص مورد استفاده قرار میگیرد، از موارد استفاده آهن اسفنجی می‌توان به تولید برخی از انواع ورق‌ها و قطعات فلزی اشاره کرد.
ترکیبات آهن اسفنجی چیست؟
آهن اسفنجی ترکیباتی دارد که علاوه بر آهن، شامل مقادیر کمی از عناصر دیگر نیز می‌شود. ترکیبات اصلی آهن اسفنجی شامل موارد زیر می‌شود: آهن (Iron) است. آهن اصلی ترین عنصر در آهن اسفنجی است و نسبت به سایر عناصر بیشترین مقدار را تشکیل می‌دهد. ماده بعدی در ساختار آهن اسفنجی کربن (Carbon) است که به میزان کمی در ترکیبات آهن اسفنجی حضور دارد و به آهن خواص خاصی می‌دهد. درصد کربن معمولاً در بازه 0.03 تا 10 درصد است. منگنز (Manganese) نیز یکی از عناصر معمول در آهن اسفنجی است و ممکن است به میزان کمی در آن حضور داشته باشد. منگنز می‌تواند برخی از ویژگی‌های مکانیکی و حتی مقاومت به زنگ زدگی آهن را تحت تاثیر قرار دهد. عنصر بعدی که در ساختار این آهن وجود دارد.
سیلیسیم (Silicon) که به عنوان یک اجزای تشکیل دهنده آهن اسفنجی در ساختار آهن اسفنجی می‌باشد و ممکن است درصد کمی از آن در ترکیبات یافت شود. فسفر(Phosphorus): فسفر نیز در ساختار آهن اسفنجی وجود دارد. این عنصر نقشی مهم و اساسی در خواص مکانیکی آهن اسفنجی ایفا می‌کند. گوگرد (Sulfur): نیز به عنوان یک اجزای تشکیل دهنده در ساختار آهن اسفنجی حضور دارد ولی مقدار آن نسبت به سایر عناصر کمتر است. ترکیبات دقیق آهن اسفنجی ممکن است بسته به شرایط تولید و نوع مواد اولیه متغیر باشد، اما آهن، کربن، منگنز، سیلیسیم، فسفر و گوگرد اجزای اصلی معمولاً حاضر در آن هستند.
آشنایی با خطرات آهن اسفنجی
کار با آهن اسفنجی ممکن است به دلیل خصوصیات خاص این نوع آهن و شرایط فرآیند تولید، با خطراتی همراه باشد. در زیر تعدادی از خطرات احتمالی کار با آهن اسفنجی ذکر شده است:
- حرارت و دما: فرآیند تولید آهن اسفنجی معمولاً در دماهای بالا انجام می‌شود. لذا کارگران باید از حفاظ‌های حرارتی مناسب استفاده کنند تا جلوی آسیب به پوست و احتمال حریق را بگیرند.
- گازهای مضر: در فرآیند تولید آهن اسفنجی، گازهای مضری مانند اکسید کربن، دی‌اکسید گوگرد و دیگر ترکیبات گازی به وجود می‌آید که ممکن است به سلامتی کارگران آسیب برساند. لازم است از وسایل حفاظتی مثل ماسک‌های تنفسی استفاده شود تا از این آسیب‌ها جلوگیری شود.
- شوک حرارتی: در محیط‌هایی که دما ناگهانی تغییر می‌کند، احتمال شوک حرارتی وجود دارد. کارگران باید از لباس‌ها و تجهیزات حفاظتی حرارتی مناسب برخوردار باشند.
- حوادث ناشی از ماشین آلات: استفاده از ماشین آلات برای فرآیند تولید آهن اسفنجی ممکن است با خطراتی همراه باشد. کارگران باید آموزش‌های ایمنی مرتبط را ببینند و از تجهیزات حفاظتی استفاده کنند.
- آلودگی هوا: فرآیند تولید آهن اسفنجی ممکن است منجر به آلودگی هوا شود و مواد و ذرات جامد معلق در هوا ایجاد شود که برای سلامتی و تنفس انسان مضر است. به همین علت لازم است از وسایل حفاظتی مناسب استفاده شود.
همچنین، کارگران باید با ویژگی‌ها و کاربرد آهن اسفنجی آشنایی داشته باشند تا در هنگام ساخت و تولید آن دچار مشکل نشوند. به علاوه، اطمینان از اجرای صحیح و استاندارد فرآیند‌ها و استفاده از تجهیزات حفاظتی مناسب می‌تواند به کاهش خطرات کار با آهن اسفنجی کمک کند.
کاربرد آهن اسفنجی در ریخته گری
باید گفت که از آهن اسفنجی در ریخته گری فولاد استفاده زیادی می‌شود. در مورد این محصول باید گفت ک عیار آهن نسبت به آهن معمولی بیشتر است. در ایران از این نوع آهن به دلیلی وجود منابع مختلف استفاده زیادی می‌شود. ماده اولیه تولید فولاد در ریخته گری گندله سنگ آهن است که ذوب شده و با استفاده از آن می‌توان فولاد را تولید کرد. در گذشته که آهن اسفنجی تولید نمی‌شد از ضایعات و قراضه ها در ریخته گری فولاد استفاده می‌کردند. اما امروزه با تولید آهن اسفنجی، فولاد با عیار و کیفیت بالا تولید می‌شود. این موارد در قیمت آهن اسفنجی تاثیر به سزایی می‌گذارد. در ادامه به مهم ترین موارد که باعث اهمیت تولید آهن اسفنجی می‌شود می‌پردازیم:
- در برابر استفاده از قراضه آهن، به کار گیری آهن اسفنجی، نوعی روش سریع و مهم به حساب می‌آید.
- روش کوره بلند که برای تولید ریخته گری فولاد استفاده می‌شود، دارای محدودیت‌های زیستی بیشتری نسبت به روش احیای مستقیم است.
- عیار آهن اسفنجی نسبت به آهن معمولی و حتی تیراهن بیشتر است. به همین علت قیمت تیرآهن نسبت به آهن اسفنجی کمتر است.
دلیل آتش گرفتن آهن اسفنجی
آتش گرفتن آهن اسفنجی معمولاً به دلیل حضور کربن و سایر مواد قابل اشتعال در ترکیبات آن است. آهن اسفنجی که به عنوان یک نوع فلز آهن با درصد کربن معین تولید می‌شود، حاوی مقدار کربن نسبتاً بیشتری نسبت به عناصر ذکر شده که در بخش قبل گفتیم است. این کربن از منبع‌های مختلف می‌تواند با عناصر محیط تعامل کرده و دچار آتش گرفتگی شود. در فرآیند تولید آهن اسفنجی، گازهایی همچون دی‌اکسید کربن و مواد متخلخل شبیه به چوب اسفنجی وجود دارند. این مواد در شرایط خاص ممکن است با هوا یا عناصر دیگر ترکیب شده و حرارت تولید کنند. اگر این فرآیند به صورت ناگهانی و در مقیاس بزرگ اتفاق بیفتد، ممکن است منجر به آتش‌سوزی شود.
در موارد دیگر، حضور مواد آلی اضافی یا آلایش‌هایی می‌تواند خطر آتش‌گرفتن را افزایش دهد. همچنین، حرارت‌های بالا در فرآیند تولید و پردازش آهن اسفنجی می‌تواند باعث تجزیه حرارتی مواد آلی در آهن شود و این مواد به شکل گازها یا مواد قابل اشتعال تبدیل شده و در صورت هوازی بودن محیط، باعث آتش‌گرفتگی شود. به عنوان نکته حائز اهمیت، فرآیند تولید آهن اسفنجی باید با رعایت استانداردهای ایمنی و کنترل دقیق انجام شود تا خطرات آتش‌گرفتگی کاهش یابد.
بررسی روش‌های تولید آهن اسفنجی
معمولا تولید گندله سنگ آهن به دو روش گازی و یا با استفاده از زغال سنگ انجام می‌شود. اگر کشوری ذخایر گازی بیشتری داشت هباشد برای تولید گندله از روش گازی استفاده می‌شود. در ایران نیز فولاد خوزستان و فولاد مبارکه نیز از گاز به عنوان نوعی ماده احیا کننده استفاده می‌کنند.
برای تولید آهن اسفنجی با استفاده از روش بهره گیری از گاز طبیعی از فناوری های زیر استفاده می‌شود: فناوری میدرکس، فناوری HYL و فناوری Purofer استفاده می‌شود. یکی از بهترین و شناخته شده ترین روش‌های تولید آهن اسفنجی، روش میدرکس و فناوری HYL است. از روش میدرکس در بیشتر کشورها استفاده می‌شود.
تولید آهن اسفنجی با استفاده از روش میدرکس
استفاده از این روش یکی از پرکاربرد ترین ها برای تولید آهن اسفنجی است. در این روش گاز طبیعی وارد واحد شکست گاز شده و بر اثر حرارت های وارد شده به آن به هیدروژن و کربن تبدیل می‌شود. این این دو ماده در کوره احیا وارد شده و با گندله آهن ترکیب می‌شوند. این روش به عنوان کم مصرف ترین و پر بازده ترین روش‌ها در کشورهای جهان و به خصوص ایران شناخته می‌شود.