تولید آهن چگونه است؟ روش ها و مراحل تولید آهن

آهن یکی از رایج‌ترین عناصر است. در اصل، آهن از سنگ معدن هماتیت که که عمدتا” "Fe2O3" است، استخراج می‌شود. این فلز را به وسیله با کربن که عنصری واکنش پذیر است، جدا می‌کنند و این عمل در کوره‌های بلند در دمای 2000 درجه سانتی گراد انجام می‌شود. همان طور که می‌دانید، آهن یکی از متداول‌ترین فلزهایی است که در صنایع مختلف، دارای کاربردهای متفاوتی است. از ساختمان سازی و پل سازی گرفته تا صنایع اتومبیل سازی، کشتی سازی و غیره همگی به آهن نیاز دارند. در این مطلب می‌خواهیم در مورد تولید آهن، روش‌ها و مراحل آن به طور کامل صحبت کنیم و در این سایت نیز میتوانید قیمت آهن آلات را ببینید.

تاریخچه آهن

اگر بخواهیم نگاهی به تاریخچه آهن بیاندازیم، باید بگوییم که سومریان و مصریان، اولین نشانه‌ها برای استفاده از آهن هستند. به طور کلی، تاریخچه استفاده از آهن به 4000 سال قبل باز می‌گردد.

بعد از آن، از قرن 10 تا قرن 12، در خاورمیانه یک جابجایی سریع در تبدیل ابزار و سلاح‌های برنزی به آهنی صورت گرفت. عامل مهم در این جابجایی، مختل شدن تامین قلع بود. این دوره جابجایی که در زمان‌های مختلف و در نقاط مختلفی از جهان رخ داد، دوره ای از تمدن به نام عصرآهن را بوجود آورد. به طوری که می‌توان گفت که اولین تبر آهنی، مربوط به 3000 سال قبل است که در داخل یکی از قبرهای سومریان، در جنوب بین‌النهرین، پیدا شد.

 این موضوع نشان می‌دهد که استفاده از آهن، توسط انسان از حدود ۳۰۰۰ سال پیش از میلاد مسیح آغاز شد و در کشورهایی مانند آشور، مصر، چین و هندوستان رواج داشته است.

کاربردهای آهن

 آهن از المان های اصلی در تولید فولاد است. به طور کلی، آهن یک عنصر نیست، بلکه یک آلیاژ و یک محلول از فلزات مختلف و برخی از غیر فلزات است. ویژگی‌های این محصول، باعث شده است که در صنعت و حوزه‌های ساختمانی به عنوان یک محصول پرکاربرد در نظر گرفته شود. این فلز محبوب، دارای کاربردهای وسیعی است، از ساخت فولاد گرفته تا صنایع مهندسی، کشاورزی، نظامی و...

از آهن برای ساخت پل، دکل برق، ابزار برش و مواردی از این قبیل استفاده می‌شود. حوزه صنعت، به عنوان پرکاربردترین حوزه مصرف آهن است. ترکیب آلیاژ و کربن باعث شده است که اتومبیل‌های لوکس و مقاوم در سراسر  دنیا ساخته شوند. از آهن، علاوه بر صنعت اتومبیل، در صنعت کشاورزی هم استفاده می‌شود.

مراحل تولید آهن خام  به چه صورت است؟

روش‌های تولید آهن خام در حالت کلی به دو صورت است:

• روش کوره بلند

اکثر فولاد جهان به روش کوره بلند تولید می‌شود. فرآیند این روش به این صورت است که مجموعه سنگ آهن، آهک و کک به صورت لایه لایه وارد کوره می‌شود و در دمای 300 درجه سانتی گراد، کک با دمش هوا و اکسیژن می‌سوزد. این کار باعث می‌شود که گرمای لازم، برای ذوب سنگ آهن و احیای آهن تامین شود. با افزایش درجه حرارت، منواکسید کربن آزاد شده و در نهایت فرآیند پایان می‌پذیرد.  

• روش قوس الکتریکی

روش قوس الکتریکی نسبت به روش کوره بلند، روش جدیدتری است و قدمت چندانی ندارد. این روش، بر پایه استفاده از آهن اسفنجی و قراضه فولاد است. در این فرآیند، آهن اسفنجی به روش احیای مستقیم تولید می‌شود.

 آهن اسفنجی با 7.1 درصد کربن و عیار بالای 92 درصد آهن، ساختاری متخلخل دارد. در مراحل این روش تولید، آهن اسفنجی  به همراه آهک و کک وارد کوره قوس شده و پس از حذف ناخالصی‌ها، به عنوان ماده اولیه برای تولید شمش فولاد به واحد ریخته‌گری ارسال می‌شود.

نکته: کک، در واقع یک ماده جامد متخلخل است که در روش ساخت کوره بلند از آن استفاده می‌شود. کک می‌تواند کربن مورد نیاز برای احیای اکسید آهن را فراهم کند و در هنگام سوخت بهم نمی‌چسبد.

سوخت کوره

مرحله سوخت کوره به دو روش طبیعی و مصنوعی انجام می‌شود. سوخت‌های مصنوعی کک، اهمیت زیادی نسبت به زغال چوب دارد و در اکثر کارخانه‌ها استفاده می‌شود. بعضی از سوخت‌های طبیعی مانند زغال سنگ آنتراسیت و زغال سنگ قیری، بیشتر جنبه تاریخی دارند تا جنبه اقتصادی.

شستشوی زغال

شستشوی زغال هم یکی از مراحل فرآیند تولید آهن است. این کار باید به دقت انجام شود تا بهترین نتیجه حاصل شود. یکی از مهمترین اهداف شستشوی زغال در این فرآیند، بهبود کیفیت زغال در تهیه کک به منظور تولید فولاد است.

خرد کردن زغال

مرحله بعد از شستشوی زغال، خرد کردن زغال است. برای این کار، زغال سنگ، ابتدا وارد قسمت سنگ شکن می‌شود و بر اساس عملکرد، دستگاه مخصوصی که زغال در آن قرار گرفته، شاهد خرد شدن زغال‌ها خواهید بود.

دانه بندی

زغال سنگ خرد شده، در مرحله بعدی، دانه بندی می‌شود. این مرحله، یکی از مهمترین مراحل تولید آهن است که باعث می‌شود مواد ریز و اضافی از زغال خارج شوند. این کار، از ورود ذرات بسیار ریز موجود در بار اولیه زغال جلوگیری می‌کند.

به طور کلی آهن خام به سه دسته، سفید، خاکستری و نیمه خاکستری تبدیل می‌شود:

• آهن خام سفید دارای سیلیسیم کمتری است و جنس آن سخت و ترد است.
• آهن خام خاکستری دارای سیلیسیم بیشتری است و همین موضوع باعث تردی این نوع آهن می‌شود.
• از آهن نیمه خاکستری که تلفیقی از دو روش خاکستری و سفید است، در تولید فولاد و چدن استفاده می‌شود.

روش‌های استخراج آهن

روش‌ استخراج آهن بر اساس دو روش اصلی است. استخراج روباز (سطحی) و استخراج زیرزمینی، دو روش اصلی استخراج آهن هستند.

 انتخاب هر یک از این روش‌ها، به فاکتورهای مختلفی مانند عمق سنگ آهن، شکل آن و مسائل اقتصادی بستگی دارد؛ اما به طور کلی می‌توان گفت که اکثر معادن آهن دنیا با استفاده از روش‌های روباز استخراج می‌شوند.

معادن سنگ آهن ایران را بشناسیم

با توجه به مراحل فرآیند آهن خام و  شناخت انواع آن، بهتر است نگاهی به معادن سنگ آهن ایران داشته باشیم.

اولین معدن سنگ آهن ایران، معدن سنگ آهن چغارت بافق یزد است. این معدن به عنوان یکی از مهمترین معادن سنگ آهن ایران شناخته می‌شود و ذخیره بیش از یک سوم سنگ آهن کشور را به خود اختصاص داده است.

در حال حاضر، بزرگترین تولیدکننده کنسانتره سنگ‌ آهن واقع در کویر مرکزی ایران؛ معدن سنگ آهن چادرملو نام دارد. ذخیره قابل استخراج این معدن، 320 میلیون تن است که برآورد شده تا 10 سال دیگر به پایان می‌رسد.

یکی دیگر از معادن سنگ آهن ایران، معدن سنگ آهن گل گهر با ذخیره احتمالی یک میلیارد تن و ذخیره قطعی 219 میلیون تن است که در شهرستان سیرجان واقع شده است. تولیدات این معدن، در حال حاضر، به صورت گندله، کنسانتره و سنگ‌ دانه ‌بندی شده‌ است.

سخن پایانی

در این مقاله در مورد تولید آهن و همچنین فرآیند مراحل تولید این محصول صحبت شد. همان طور که اشاره شد؛ آهن فلزی است که در بسیاری از صنایع مختلف و حوزه‌های ساختمان سازی کاربردهای بسیاری دارد و به عنوان یکی از المان های اصلی در تولید فولاد شناخته می‌شود. در اصل، آهن خام، ماده اولیه ساخت همه محصولات فولادی است و از ذوب، تفکیک و جداسازی سنگ آهن، آهن قراضه و آهن اسفنجی به دست می‌آید.

منبع : اصفهان آهن