آهن خام، ماده‌ای ارزشمند که از تصفیه سنگ‌های معدنی در کارخانه‌های فولاد سازی به دست می‌آید، پایه و اساس صنایع بسیاری را تشکیل می‌دهد. آهن، دومین فلز فراوان در پوسته زمین پس از آلومینیوم، به سرعت با اکسیژن ترکیب شده و به همین دلیل به صورت خالص در طبیعت یافت نمی‌شود. تاریخچه استفاده از آهن به مصر و بین‌النهرین باستان باز می‌گردد، جایی که آهن به عنوان فلزی گرانبها، حتی گاهی ارزشمندتر از طلا، شناخته می‌شد. این ماده که با نام چدن خام یا Pig Iron نیز شناخته می‌شود، از ذوب و پالایش سنگ آهن به دست آمده و به عنوان یکی از محصولات اساسی در صنعت فولاد، نقش مهمی در اقتصاد جوامع ایفا می‌کند. کاربرد آهن خام به عنوان ماده اولیه در تولید محصولات فولادی مانند میلگرد، ورق و تیرآهن نیز می‌باشد و زمینه را برای گسترش صنایع مختلف فراهم می‌کند.
آهن خام چیست؟
آهن خام یا چدن خام، یک محصول میانی در صنعت فولاد است که از ذوب و پالایش سنگ آهن به وجود می‌آید. این ماده، از آهنِ حاصل از ذوب سنگ آهن استفاده می‌کند و با نام چدن خام یا Pig Iron شناخته می‌شود. چدن خام دارای مقادیر بالایی از کربن (بین ۳.۸ تا ۴.۷ درصد)، سیلیس، منگنز، فسفر و دیگر عناصر است. حضور کربن زیاد باعث می‌شود که ساختار این ماده ترد و شکننده باشد و قابلیت چکش خواری نداشته باشد. به عنوان یک ماده خنثی، برخی از عناصر دیگر هم در چدن خام حضور دارند که کاربرد برای کنترل ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آهن خام مورد استفاده قرار می‌گیرند.
انواع آهن خام
انواع آهن خام بر اساس ترکیب و ناخالصی و همچنین رنگ و ظاهر، تقسیم بندی می شوند. یکی از این انواع پر‌کاربرد آهن خام تجاری یا Merchant Pig Iron است که در نتیجه گرم کردن سنگ آهن با استفاده از کک با حرارت بالا تولید می‌شود و دارای میزان بالایی کربن است. این نوع آهن به صورت شمش یا بلوک به فروش می‌رسد و در مراکز تولید فولاد به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود.
انواع آهن خام از نظر ترکیب و ناخالصی
ترکیب و ناخالصی در کارکرد و کاربرد آهن خام تأثیرگذار است؛ به همین دلیل، آن را بر اساس ترکیب و میزان ناخالصی‌هایش طبقه بندی می‌کنند. انواع آهن خام از نظر ترکیب و ناخالصی عبارتند از:
| انواع آهن خام از نظر ترکیب و ناخالصی | |
| آهن خام پایه | آهن خام پایه یا Basic pig iron، یک نوع ماده اولیه است که برای تولید فولاد استفاده می‌شود. این نوع آهن در کوره‌های قوس الکتریکی به عنوان ماده اولیه مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین، از آهن خام پایه نمی‌توان در کوره‌های بلند استفاده کرد. |
| آهن یا چدن خام ریخته گری | Foundry pig iron، به عنوان یک نوع آهن یا چدن خام، مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع آهن به نام آهن خام هماتیت هم شناخته می‌شود. آهن خام ریخته گری به عنوان ماده اولیه برای تولید چدن خاکستری استفاده می‌شود و برای ساختن آن، از کوره کوپل استفاده می‌شود. |
| آهن خام یا چدن خام خلوص بالا | High purity pig iron یا آهن یا چدن خام با خلوص بالا، یک نوع ماده اولیه است که برای تولید چدن با خلوص یا عیار بالا به کار می‌رود. این نوع آهن در بازار آهن با نام آهن خام کروی شناخته می‌شود. به طور کلی، استفاده از چدن خام با خلوص بالا برای تولید چدنی که نشکن باشد، معمول است. |
انواع آهن خام از نظر رنگ و ظاهر
انواع آهن خام از نظر رنگ و ظاهر دسته بندی جداگانه‌ای دارد. در زمان خرید انواع آهن خام، باید به ظاهر و رنگ آن توجه داشته باشید. این محصول در سه رنگ مختلف به نام‌های سفید، خاکستری و نیمه خاکستری یافت می‌شود. در زیر، توضیحاتی را درباره هرکدام از این رنگ‌ها آورده‌ایم:
| انواع آهن خام از نظر رنگ و ظاهر | |
| آهن خام سفید | آهن خام سفید دارای رنگی نقره‌ای است و دمای ذوب آن حدوداً ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد است. این محصول به عنوان ماده اولیه در تولید فولاد استفاده می‌شود. هنگامی که آهن خام مذاب به سرعت سرد می‌شود، دیگر تشکیل گرافیت رخ نمی‌دهد. آهن خام خروجی این فرآیند به آهن خام سفید مشهور است که در صنعت فولاد سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. آهن خام سفید جنسی سخت و ترد دارد و مقدار سیلیسیم آن نیز کم است. |
| آهن خام خاکستری | همانطور که از نام این نوع آهن پیداست، ظاهر خاکستری رنگ دارد که دارای مقدار سیلیس بالایی است و خمشی تردتر از سایر انواع آهن خام دارد. به همین دلیل، از آن به عنوان ماده اولیه برای تولید چدن ریزی استفاده می‌شود. وقتی آهن مذاب به آرامی خنثی می‌شود، کربن به شکل گرافیت تشکیل می‌شود، که در نتیجه، آهن خاکستری در دمای ذوب حدود ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد تولید می‌شود. سطح شکست آهن خام خاکستری درشت دانه است و نسبت به آهن خام سفید، نرمی بیشتری دارد. |
| آهن خام نیمه خاکستری | آهن نیمه خاکستری یا آهن خام به رنگ خاکستری روشن، اغلب در صنایع تولید چدن و فولاد به‌کار می‌رود. این نوع آهن دارای ویژگی‌های مابین یا ترکیبی از آهن خام سفید و خاکستری است. زیرا نه سفید است و نه خاکستری خالص؛ بلکه رنگ آن ترکیبی از هر دو آهن خام اشاره شده است. |
کاربرد، فرآیند و روش‌های تولید آهن خام
برای تولید آهن یا چدن خام از سنگ آهن، دو روش مختلف استفاده می‌شود. در هر دو روش، ناخالصی‌های موجود در سنگ آهن، مانند سیلیکات و آلومینات، جدا شده و در نهایت آهن خام تولید می‌شود. برای تولید آهن خام، ابتدا باید سنگ آهن را فرآوری کرد. به طور معمول، سنگ آهن را نمی‌توان به صورت مستقیم و بدون تغییر برای تولید آهن یا چدن خام استفاده کرد. بنابراین، سنگ آهن فرآوری شده، که با نام‌های مختلفی مانند سنگ آهن دانه بندی شده، کنسانتره آهن و در ابعاد متفاوت با نام گندله آهن شناخته می‌شود، برای تولید آهن خام مورد استفاده قرار می‌گیرد.
-
روش کوره بلند
بیشترین مقدار فولاد مورد نیاز در جهان از طریق روش ذکر شده تولید می‌شود. در این روش، ابتدا سنگ آهن کلوخه شده به همراه آهک و کک به شکل لایه به لایه در کوره قرار داده می‌شود. کک برای تأمین انرژی مورد نیاز کوره و آهک به عنوان فلاکس عمل می‌کند. با دمش هوا و اکسیژن، کک در دمای حدود ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد سوخته و حرارت لازم برای ذوب سنگ آهن و احیای آن فراهم می‌شود. اثراتی که از سوختن کک و تولید گاز منواکسیدکربن بوجود می‌آید، باعث احیای آهن می‌شود. آهن خام حاصل از این فرآیند دارای میزان کربن 3 تا 4 درصد و نقطه ذوبی حدود ۳۰۰ درجه است.
- روش کوره قوس الکتریکی
استفاده از روش قوس الکتریکی برای تولید آهن خام، در مقایسه با روش کوره بلند، قدمت کمتری دارد. این روش بر اساس استفاده از آهن اسفنجی و آهن قراضه فولاد است. آهن اسفنجی از طریق احیای مستقیم اکسید آهن در کوره‌های احیا مستقیم تولید می‌شود. در فرآیند احیا مستقیم، با تجزیه گاز طبیعی به گاز کربن مونواکسید و هیدروژن، سنگ آهن در حالت جامد به آهن اسفنجی تبدیل می‌شود. آهن اسفنجی دارای ۷.۱ درصد کربن و عیار بالای ۹۲ درصد آهن است و ساختاری متخلخل دارد. برای فولاد سازی، آهن اسفنجی یا آهن قراضه همراه با آهک، کک و بنتونیت به کوره قوس الکتریکی منتقل می‌شود و پس از حذف ناخالصی‌ها به عنوان ماده اولیه برای تولید شمش فولاد به واحد ریخته گری ارسال می‌شود.
-
موارد کاربرد آهن خام
آهن خام به عنوان ماده اولیه محصولات فولادی از جمله شمش آهن، بیلت و اسلب فولادی در واحدهای نورد مورد استفاده قرار می‌گیرد. این محصول به صورت مایع وارد کارخانه‌های فولادی می‌شود. همچنین، آهن خام یکی از اصلی‌ترین فرآورده‌های فولاد سازی است که برای ساخت محصولاتی مانند میلگرد، تیرآهن و ورق به کار می‌رود. علاوه بر این، به دلیل استحکام بالا و هزینه مناسب آن، در صنایع مختلفی مانند خودرو سازی، ساختمان سازی، صنعت نظامی، وسایل الکتریکی، ابزارآلات، صنایع دکوری و غیره نیز استفاده می‌شود.
سخن آخر
در پایان این مقاله آهن اکس به معرفی آهن خام، انواع آهن خام، روش‌های تولید و کاربرد آهن خام پرداختیم. آهن خام یکی از مواد اصلی در صنعت فولاد سازی است و در تولید محصولات فولادی اساسی مانند میلگرد، تیرآهن، و ورق به کار می‌رود. این ماده از طریق روش‌های مختلفی مانند روش کوره بلند و روش قوس الکتریکی تولید می‌شود و انواع آهن‌خام براساس میزان کربن و ناخالصی و رنگ و ظاهر دسته بندی شده است که در این مقاله برای شما توضیح دادیم.