آشنایی با دو نوع فرآیند تولید آهن


آیا می دانید آهن چگونه ساخته می شود یا این فلز از دل سنگ های معدنی به چه صورت استخراج می گردد؟ پروسه تولید فلز آهن به چه صورت است و برای آن از چه ابزار و تجهیزات و ماشین آلاتی استفاده می کنند و در نهایت وقتی به صورت یک قطعه فلز در بازار آن را خریداری می کنیم چه خصوصیاتی را دارد؟ با آهن رسان همراه باشید تا پاسخ تمام این سوالات را بدانید و اگر به حوزه آهن آلات علاقه مند هستید حتما مقالات دیگر را مطالعه نمایید.

روش های تولید آهن در کشورهای مختلف به چه صورت است؟

استخراج و تولید آهن یکی از مهمترین فرآیندهای صنعتی روی زمین است. از آهن برای تولید فولاد استفاده می شود که در ساخت وسایل نقلیه حمل و نقل و ساخت ساختمان های بزرگ بسیار مهم است. اگر ما نمی توانستیم فلز آهن را از سنگ آهن استخراج کنیم، جامعه مدرن توسعه نمی یافت. امروزه آهن در خودروسازی و بسیاری از صنایع بزرگ کاربرد دارد.
روند آماده سازی آهن در کارخانه های فولادسازی معمولا به دو روش زیر انجام می شود:

  1. کنورتور یا به اصطلاح کوره بلند
  2. کوره الکتریکی یا به اصطلاح احیا مستقیم

برای انجام این کار در کارخانه های بزرگ و معتبری همچون کارخانه ذوب آهن اصفهان از کوره های بلند استفاده می شود. همچنین در مجتمع های فولاد اهواز و مبارکه نیز از روش احیا مستقیم استفاده می شود.

تاریخچه استفاده از کوره برای ساخت آهن به شکل صنعتی از سال ۱۶۰۰ میلادی در کشور انگلستان شروع شد و روز به روز پیشرفت کرد تا جایی که امروزه از روش های متعدد برای استخراج آهن استفاده می کنند.

تولید آهن

در این پست به صورت کامل می توانید با مراحل تولید آهن آشنا شوید. خواندن این متن می تواند دانش عمومی شما را بالا برده و اطلاعات مفید در اختیار شما قرار دهد.

آیا می دانید آهن چگونه تولید می شود؟

کارخانه ها آهن مذاب تولید می کنند و سپس از طریق فرایند ساخت آهن آن را به محصولات فولادی آلیاژی تبدیل می کنند. تصویر زیر نشان می دهد که چگونه یک کارخانه فولاد سازی می تواند شمش فولاد را از مواد اولیه مانند سنگ آهن و سنگ زغال سنگ تولید کند. آهن سفید یکی از محصولاتی است که در پروسه استخراج و فراوری آهن تولید می شود.

کارخانه های تولید آهن معمولا دارای خطوط انتقال عالی هستند. زیرا دائماً به مقادیر زیادی سوخت و مواد اولیه نیاز دارد. این کارخانه ها معمولا در نزدیکی سواحل، جاده ها و خطوط راه آهن قرار دارند. آنها معمولاً دور از شهرهای شهری نیز قرار دارند. زیرا ممکن است صدا و آلودگی زیادی ایجاد کند.

کارخانه های آهن و فولاد سیستم های بسیار پیچیده ای هستند که از انواع مختلف ماشین آلات و ساختمان های عظیم تشکیل شده اند. شکل زیر تعدادی از مهمترین قطعات در اکثر کارخانه های تولید فلز را نشان می دهد.

بیشتر بدانید:   قیمت لوله داربستی 5 در تهران

آهن چگونه تولید می شود

تصویر سمت چپ، ساختمان حاوی کوره های کک را نشان می دهد. کک از سنگ آهن استخراج شده و در کوره برای ساخت آهن استفاده می شود.

کک شکلی از کربن عمدتا خالص است که از زغال سنگ تولید می شود. با حرارت دادن زغال سنگ تا دمای بالا در کوره کک تولید می شود.

آهن معمولاً از سنگ معدن هماتیت که حاوی اکسید آهن است استخراج می شود. (در مورد کاربرد اکسید آهن بیشتر بخوانید) سنگ معدن باید قبل از قرار دادن در کوره بلند یا در کوره الکتریکی تصفیه شود. دلیل این امر این است که کوره های بلند برای سوزاندن قطعات کوچک سنگ معدنی که با هم فشرده شده اند طراحی شده اند. هماتیت از طریق فرآوری مواد معدنی یا فرآیندهای فرآوری سنگ معدن فرآوری می شود.

فرایند تولید آهن

فرایند تولید آهن به روش کنورتور یا به اصطلاح کوره بلند

مرحله اول، خرد کردن:

آهن چگونه ساخته می شود، برای این کار مراحل زیر به ترتیب انجام می شود. مرحله اول خرد کردن است. جایی که قطعات بزرگ سنگ معدن به اندازه های کوچکتر شکسته می شوند.

مراحل تولید آهن

مرحله دوم، حذف ناخالصی ها:

غلظت فلز آهن معمولاً با حذف ناخالصی ها از طریق انواع روش های جداسازی مغناطیسی و الکتریکی افزایش می یابد. (ویژگی های مهم فلز آهن را اینجا بخوانید.)

ناخالصی های شیمیایی در طی فرآوری سنگ آهن توسط فرآیندی به نام کلسینه حذف می شوند. برشته کردن فرآیندی است که در آن سنگ‌های فلزی در یک اتاق یا کوره در حضور هوا تا دمای بالا گرم می‌شوند.

این فرآیند می تواند مولکول های آب را از مجتمع اکسید آبی حذف کند و مواد شیمیایی نامطلوب را می توان به محصولات شیمیایی مطلوب تری تبدیل کرد.

مرحله سوم، استفاده از واحدهای زینترینگ برای فرآوری:

پس از حذف ناخالصی ها از سنگ معدن، سنگ آهن فرآوری شده با سنگ آهک و کک در واحدهای زینترینگ مخلوط می شود. واحدهای زینترینگ برای فشرده سازی سنگ آهن، سنگ آهک و کک به یک توده جامد استفاده می شود.

تصاویر زیر نشان می دهد که چگونه می توان از واحدهای زینترینگ برای تغییر خواص پودرها و سنگ های مخلوط سنگ آهن استفاده کرد.

مراحل تولید آهن

مرحله چهارم، انتقال مواد به کوره:

مخلوط سنگ آهن، کک و سنگ آهک به عنوان محموله شناخته می شود. این بار روی تسمه نقاله به بالای کوره بلند منتقل می شود.

فرایند تولید آهن

کوره های بلند برج های فولادی هستند که با سنگ های مقاوم در برابر حرارت پوشیده شده اند. این کوره ها ساختمان های بلندی هستند که ممکن است به ۶۰ متر ارتفاع برسند. در این کوره ها مواد معدنی مخصوص وارد کوره بلند بالای برج می شود و هوای گرم از زیر در کوره آزاد می شود.

مرحله پنجم، ایجاد واکنش شیمیایی در درون کوره:

چندین واکنش شیمیایی به طور همزمان در داخل کوره بلند رخ می دهد. کک در ابتدا در حضور هوای گرم (اکسیژن) می سوزد و دی اکسید کربن و انرژی حرارتی تولید می کند. این واکنش احتراق بسیار گرمازا است و انرژی گرمایی زیادی آزاد می کند. این واکنش باعث افزایش دمای کوره در پایین می شود. جایی که هوا (اکسیژن) از بیرون وارد می شود.

بیشتر بدانید:   میلگرد فولادی کربنی

در این حالت، مولکول های دی اکسید کربن با کک اضافی واکنش داده و مونوکسید کربن بیشتری تولید می کنند.

روش های استخراج فلزات با واکنش خود فلز تعیین می شود. به عنوان مثال، فلزات بسیار واکنش پذیر، مانند آلومینیوم، باید از سنگ معدن آنها با استفاده از الکترولیز استخراج شوند. برای فلزاتی که واکنش پذیری کمتری نسبت به کربن دارند، می توان آنها را با استفاده از روش احیا استخراج کرد. این روش ترجیحی است.

عنصر کد روش استخراج
پتاسیم K  

الکترولیز

سدیم Na
کلسیم Ca
منیزیم Mg
آلومینیوم Al
کربن C
فلز روی Zn استفاده از کربن یا مونوکسید کربن
آهن Fe
فلز مس Cu استفاده از کربن یا روش های دیگر

مونوکسید کربن هنگام عبور از کوره بلند به عنوان یک عامل کاهنده عمل می کند. ذرات مونوکسید کربن ذرات اکسید آهن را کاهش می‌دهند که عمدتاً در قسمت‌های میانی و بالایی کوره بلند وجود دارد. سپس آهن مذاب از کوره بلند می افتد و در پایین برج جمع می شود.

مرحله ششم، حذف ناخالصی های باقی مانده:

در این مرحله از فرآیند، هنوز یک نوع ناخالصی در سنگ آهن وجود دارد که باید دفع شود. این نوع ناخالصی ماسه است که می توان آن را دی اکسید سیلیکون در نظر گرفت.

دی اکسید سیلیکون را می توان از کوره بلند حذف کرد. زیرا مخلوط بار حاوی سنگ آهک است. بیشتر سنگ آهک از کربنات کلسیم تشکیل شده است.

ذرات اکسید کلسیم با ناخالصی های شنی واکنش می دهند و این واکنش سرباره مذاب را به عنوان محصول جانبی تولید می کند. این سرباره عمدتاً از ذرات سیلیکات کلسیم است.

سرباره در کوره بلند فرو می رود و لایه ای را روی سطح آهن مذاب تشکیل می دهد. کک مقداری از گاز دی اکسید کربن تولید شده از انحلال سنگ آهک و احیای سنگ آهن را کاهش می دهد و ذرات مونوکسید کربن تشکیل می شود.

آهن چگونه ساخته می شود

با این حال، بیشتر گازهای دی اکسید کربن و نیتروژن از کوره بلند از بالای برج به عنوان گازهای خروجی خارج می شوند.

این واکنش های شیمیایی و همچنین نمونه هایی از ساختار کوره بلند را می توان در شکل زیر مشاهده کرد. این تصویر یک تصویر کاملا ساده شده از تنها یک نوع کوره بلند است. توجه به این نکته مهم است که، کوره های بلند دیگر می توانند در دماهای کمی متفاوت کار کنند.

مرحله آخر، تولید چدن و آهن:

کوره بلند ۱۰ تا ۲۰ بار در روز نظافت می شود تا سرباره مذاب و آهن مذاب از پایه آن خارج شود. اگرچه این سرباره مذاب محصول جانبی مفید این واکنش نیست، اما دفع نمی شود. زیرا در صنعت سیمان و همچنین در راهسازی کاربرد دارد.

آهنی که مستقیماً از کوره بلند خارج می شود، چدن نامیده می شود و معمولاً شکننده است. زیرا حاوی ۲ درصد الی ۵ درصد کربن و انواع دیگر ناخالصی ها است. مقداری از چدن در قالب ریخته می شود تا مورد استفاده قرار گیرد.

چدن عمدتاً برای ساخت گلدان، روکش تخلیه، چارچوب موتور و نرده ها استفاده می شود. باقیمانده معمولاً از چدن به فولاد تبدیل می شود. زیرا فولاد به طور کلی قوی تر و مفیدتر از آهن است. وقتی محصول نهایی فلز یا آلیاژ فلز ساخته شد می توان آن را در قالب شمش تولید و در ابعاد مشخص با دستگاه برش آهن جدا کرد.

آهن چگونه استخراج می شود

فرایند تولید آهن به شکل کوره الکتریکی یا به اصطلاح احیا مستقیم

آهن چگونه استخراج می شود، سوالی که بسیاری از افراد به دنبال پاسخ آن هستند. باید گفت دو روش معمول برای این کار وجود دارد که در بخش اول روش کنورتور یا به اصطلاح کوره بلند توضیح داده شد. اما در ادامه شما را با روش دوم یعنی روش احیا مستقیم آشنا می کنیم.

استخراج آهن به روش احیا مستقیم بسیار کارآمد و مقرون به صرفه است. در این روش زغال و سنگ آهن احیا شده و به شکل آهن اسفنجی در می آیند. برای اینکه بدانید آهن اسفنجی چیست روی لینک کلیک کنید.

تولیدات آهن به روش احیا مستقیم در سال ۱۸۶۹ میلادی شروع شد. در این نوع روش ابتدا سنگ معدن تغلیظ شده را به گندله تبدیل می کنند و گندله های ریز را از آن جدا می کنند تا باقی مانده گندله ها را به کوره یا همان واحد احیا مستقیم منتقل کنند.

در مرحله بعد اکسیژن اکسیدهای آهن را از گندله جدا می کنند، بدون اینکه حالت جامد آن تغییر کند. بعد از این مرحله آهن اسفنجی تولید به وجود آمده را با درصدی از آهن قراضه ترکیب کرده و وارد کوره های قوس الکتریکی می کنند تا ذوب شوند.

در حقیقت در این مرحله از تولید آهن به روش احیا مستقیم، ناخالصی آهن اسفنجی از فولاد مذاب به همراه مقدار کمی اکسید آهن جدا شده و فولاد در کوره باقی می ماند.

فولاد باقی مانده را می توان به روش های مختلف ریخته گری در کارخانه نورد داد و آن را به محصول نهایی تبدیل کرد. تمام محصولاتی که در این پروسه تولید می شود دارای یک فرمول خاصی هستند به طوری که ترکیب شیمیایی آهن در خصوصیات فنی و مکانیکی آن تاثیر می گذارد. به عنوان مثال فولاد، استیل، چدن و برخی آلیاژهای دیگر در این پروسه تولید می شوند که هر کدام خصوصیاتی دارند. برای دیدن تفاوت استیل و آهن کلیک کنید. این محصولات از جهاتی شبیه و در برخی موارد با هم تفاوت دارند که اطلاع از آن مفید است.

« عضویت در خبرنامه آهن رسان »

    برای دریافت آخرین اخبار بازار آهن آلات شماره تماس خود را وارد کنید