نحوه تهیه آهن از زغال سنگ | آهن خام و فولاد چگونه بوجود می آیند | SamenFerforge

امروزه آهن به علت نیاز مبرمی که انسان به آن برای پیشرفت در مقاصد گوناگون دارد به یکی از مهم‌ترین پایه‌های اقتصادی و اجتماعی کشور‌های جهان تبدیل شده است. در این میان زغال سنگ به عنوان سوخت مورد نیاز کارخانه‌های تولید آهن خام مورد استفاده قرار می‌گیرد .آهن خام به عنوان سوخت اولیه برای ساخت همه محصولات فولادی و آهنی استفاده می‌شود و با توجه به تنوع موارد استفاده در دنیا و پیشرفت تکنولوژی تولید آهن و فولاد نیز با تغیرات گسترده‌ای همراه بوده است.

روش‌های تولید آهن

همان طور که در بالا نیز اشاره کردیم آهن خام به عنوان سوخت اولیه برای ساخت محصولات متنوع فولادی و آهنی استفاده می‌شود. آهن خام از ذوب و جداسازی سنگ آهن ، آهن اسفنجی و آهن قراضه بدست می‌آید که البته این جداسازی به روش‌های مختلفی انجام می‌پذیرد.

دو روش متعارف و متداول در تولید آهن خام عبارتند از کوره بلند یا به عبارتی احیای غیرمستقیم و روش دیگر نیز با نام کوره قوس الکتریکی و یا احیای مستقیم شناخته می‌شود .

کوره بلند (احیای غیر مستقیم)

کوره بلند (احیای غیرمستقیم)

کوره بلند (احیای غیرمستقیم)

در این روش که بوسیله آن بیشترین میزان فولاد خام جهان یا آهن تولید می‌شود ابتدا سنگ آهن را با آهک و کک از بالای کوره مخلوط کرده و آهن خام بدست می‌آید برای اینکه از این آهن خام بدست آمده فولاد بدست آورند آهن را به فولاد تبدیل کرده و ناخالصی‌های آن را می‌گیرند تا فولاد خام حاصل شود.

کوره قوس الکتریکی(احیای مستقیم)

در این روش از قراضه آهن یا آهن اسفنجی استفاده می‌شود، این روش نسبت به روش قبلی در اولویت قرار دارد. بیشتر تولید فولاد ایران و بسیاری دیگر از کشور‌های دنیا از این روش است همچنین در ایران به دلیل کمبود قراضه آهن از آهن اسفنجی استفاده می‌شود. علت اولویت این روش نسبت به روش قبلی داشتن سرعت بالاتر در تولید آهن و فولاد خام نسبت به روش قبلی به دلیل استفاده از قراضه آهن بجای سنگ آهن است اما این موضوع تنها دلیل بهتر بودن واولویت داشتن این روش نسبت به روش قبلی نیست چراکه استفاده از این روش باعث کاهش هزینه‌های حاصل شده و همچنین این روش از نظر زیست محیطی نیز نسبت به روش قبلی بهتر بوده و آسیب کمتری به محیط زیست وارد می‌کند.

سوخت کوره

در روش اول یا همان کوره بلند برای تولید سوخت کوره عمل ایجاد گرما و حرارت و عمل احیا لازم است این دو عمل به دسته کلی طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌شوند.در دسته طبیعی برای ایجاد گرما و حرارت از زغال سنگ آنتراسیت و زغال سنگ قیری و لینیت استفاده می‌شود این درحالی است که در دسته مصنوعی کک از اهمیت بیشتری نسبت به زغال سنگ برخوردار بوده و از جهت اقتصادی نیز مقرون به صرفه‌تر است همین صرفه اقتصادی نیز سبب شده تا بسیاری از کارخانجات تولید کننده آهن وفولاد خام از این ماده استفاده کنند. اما نکته‌ای که اینجا باید یادآور شد این است که کک نیز از ترکیب چند نوع زغال سنگ که مواد فرار موجود در آنها متفاوت است تولید می‌شود در واقع در این مرحله که به آن کربنیزاسیون گویند چند نوع زغال سنگ با یکدیگر ترکیب و مخلوط شده و و در کوره‌های مخصوص به کک تبدیل می‌شوند.

شستشوی زغال

یکی از مراحل مهم و با اهمیت تولید آهن وفولاد خام شستشوی زغال می‌باشد ، در واقع زغال به علت ماهیت و ساختار خاصی که دارد شستشوی آن با سایر مواد معنی نیز متفاوت است. دلیل اصلی این کار افزایش کیفیت کک تولید شده برای سوخت کوره‌ها می‌باشد. باید به این نکته توجه داشت که در زغال سنگ خاکستر و مواد مضر دیگری وجود دارد که شستشوی آن را واجب می‌کند.خاکستر موجود در زغال سنگ باعث افرایش مصرف مواد می‌شود که این افزایش حتی اگر به اندازه یک درصد باشد باعث کاهش چشمگیر میزان تولید فولاد و آهن می‌شود در واقعا خاکستر موجود در زغال سنگ حجم سرباره را افزایش می‌دهد و باعث زیاد شدن اکسایش کک شده که این امر سبب کاهش کارایی کوره می‌شود نکته مهمی دیگری که یادآوری آن مهم است وجود گوگرد در زغال سنگ است بطوری که اگر میزان گوگرد موجود در زغال سنگ زیاد شود باعث ترد و شکننده شدن آهن می‌شود.

مراحل انجام شده در کوره استخراج آهن در روش احیای مستقیم

مراحل انجام شده در کوره استخراج آهن در روش احیای مستقیم

مراحل انجام شده در کوره استخراج آهن در روش احیای مستقیم

در ابتدا سوخت کوره که همان کک است در قسمت پایینی کوره بارگیری می‌شود سپس دمای آن را تا حدود 1925 درجه سانتیگراد بالا می‌برند تا شروع به سوختن کند و باعث افزایش دما در قسمت سوخت کوره تا همان 1925 درجه سانتیگراد شود؛ در این قسمت دی اکسید کربن موجود که در این دما ناپایدار است به منوکسید کربن تبدیل می‌شود. در قسمت‌های بالاتر کوره که دما در حدود 920 درجه است اکسیدهای آهن بوسیله منوکسیدکربن و هیدروژن حاصل احیا می‌شوند. در قسمت بالاتر نیز دما بین 815 تا 870 درجه می‌رسد که در این قسمت سنگ آهک نیز تجزیه می‌شود در قسمت آخر یا همان پایین کوره که دما بالاتر از 925 درجه است اکسید‌های آهن به وسیله کربن احیا می‌شود. این روش به احیای مستقیم یا همان کوره قوس الکتریکی معروف است.

جمع بندی

تولید آهن و فولاد خام روش‌های متفاوتی دارد که در بالا به دو روش اصلی آن اشاره شد هر دو روش دارای مزایا و معایبی هستند که بطور مختصر در رابطه با آن توضیحاتی ارائه شد و با توجه به مزایای گفته شده می‌توان به سادگی فهمید که تولید آهن خام با استفاده از احیای مستقیم و یا کوره قوس الکتریکی روشی با صرفه اقتصادی بیشتر است همچنین استفاده از این روش به محیط زیست نیز کمک می‎کند.