آهن خام یا چدن خام، به عنوان یکی از محصولات مهم در صنعت فولاد، نقش حیاتی در ساختار اقتصادی جوامع دارد. این ماده از فرآیند ذوب و خالص‌سازی سنگ‌آهن به وجود می‌آید و به نام چدن خام یا Pig Iron نیز شناخته می‌شود. مصرف گسترده این محصول به عنوان ماده اولیه در تولید میلگرد، ورق و تیرآهن، زمینه را برای توسعه صنایع مختلف باز می‌کند. در این مقاله از شرکت فولاد هفت، این نوع آهن را به طور کامل با شما بررسی خواهیم کرد. پیشنهاد می‌کنیم تا انتهای متن با ما همراه باشید.
آهن خام چیست؟
آهن خام یا چدن خام، یک محصول میانی در صنعت فولاد است که از فرآیند ذوب و خالص‌سازی سنگ‌آهن به وجود می‌آید. این ماده از آهن حاصل از ذوب سنگ‌آهن استفاده می‌کند و به نام چدن خام یا Pig Iron هم شناخته می‌شود. از این محصول به عنوان مهمترین ماده اولیه در تولید میلگرد، ورق و تیرآهن استفاده می‌شود.
چدن خام دارای مقادیر بالایی از کربن (بین ۳.۸ تا ۴.۷ درصد)، سیلیس، منگنز، فسفر و دیگر عناصر است. حضور درصد زیاد کربن باعث می‌شود که ساختار این ماده ترد و شکننده باشد و قابلیت چکش‌خواری نداشته باشد. از آنجا که چدن خام در وضعیت خنثی به وجود می‌آید، برخی از عناصر دیگر هم در آن حضور دارند که ممکن است برای کنترل ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آهن مورد استفاده قرار گیرند.
نام Pig Iron به دلیل روش سنتی تولید آن در گذشته از یک قالب با ساختار شاخه‌ای استفاده می‌شده است. این قالب شبیه به یک خوک بوده و فلز مذاب به شکلی مشابه به داخل آن سرازیر می‌شد. این تشابه با خوکی که در حال تغذیه بچه‌های خود است، باعث نامگذاری آهن خام به عنوان Pig Iron شده است.
تاریخچه آهن یا چدن خام به دوران قدیمی و خاورمیانه باز می‌گردد. در گذشته، تولید چدن خام در اروپا وجود نداشت و فرآیند ذوب و تولید آهن کار شده به صورت سنتی انجام می‌شد. این فرآیند به وسیله بلومر و احیای مستقیم انجام می‌شد. احتمالاً توسعه صنعت فولاد و آهن‌در اروپا به دلیل ارتباطات با ایران و چین از طریق جاده ابریشم با اروپاییان برقرار شده است.
انواع این محصول
آهن خام، با توجه به میزان کربن و ناخالصی، انواع مختلفی دارد. چدن خام به نام آهن‌خام تجاری یا Merchant Pig Iron شناخته می‌شود که در نتیجه حرارت دادن سنگ‌آهن با استفاده از کک با حرارت بالا تولید می‌شود و دارای درصد بالایی کربن است. این نوع آهن به صورت شمش یا بلوک به فروش می‌رسد و به عنوان خوراک در مراکز تولید فولاد استفاده می‌شود.
1. آهن‌خام پایه (Basic Pig Iron):
این نوع آهن خام در کوره‌های قوس الکتریکی استفاده می‌شود و برای تولید فولاد به کار می‌رود.
2. آهن‌یا چدن خام ریخته‌گری (Foundry Pig Iron):
آهن‌خام هماتیت نیز به این نوع از آهن گفته می‌شود و در کوره کوپل برای ریخته‌گری چدن خاکستری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
3. آهن‌یا چدن خام خلوص بالا (High Purity Pig Iron):
این نوع آهن، معادلی برای آهن خام کروی (Nodular) است و برای تولید چدن نشکن (Ductile Iron) به کار می‌رود.
از نظر رنگ و ظاهر، آهن‌یا چدن خام دارای سه نوع سفید، خاکستری و نیمه خاکستری است.
1. آهن‌خام سفید:
رنگ نقره‌ای، وزن مخصوص ۷.۴، سطح شکست ریزدانه و روشن است. این آهن دارای منگنز فراوانی است و در صنعت فولادسازی به کار می‌رود.
2. آهن‌خام خاکستری:
رنگ خاکستری، وزن مخصوص ۷.۲، سطح شکست درشت دانه و خاکستری است. این نوع آهن در چدن‌ریزی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
3. آهن‌خام نیمه خاکستری:
این آهن جنس تلفیقی از دو نوع آهن خام سفید و خاکستری است و در تهیه فولاد و چدن سخت به کار می‌رود.
کاربردهای آهن خام
آهن چدن به عنوان یک منبع اصلی و حیاتی در صنعت فلزات، کاربردهای گسترده‌ای دارد. در گذشته، آهن خام معمولاً به آهن کارشده تبدیل می‌شد، اما امروزه به عنوان ماده اولیه اصلی برای تولید فولاد به کار می‌رود. در فرآیند تولید فولاد، آهن ذوب شده و با هدایت جریان شدیدی از هوا، ناخالصی‌های مانند سیلیسیم به طور کامل اکسید می‌شوند. این فرآیند منجر به تولید یک محصول میانی به نام آهن خام تصفیه شده می‌شود.
آهن خام همچنین در تولید آهن خاکستری (Gray Iron) نیز به کار می‌رود. این فرآیند شامل ذوب دوباره آهن خام به همراه فولاد و آهن قراضه می‌شود، که با حذف آلاینده‌های غیرمطلوب و افزودن عناصر آلیاژی، میزان کربن نیز تنظیم می‌شود. برخی از گریدهای این آهن به عنوان مواد اصلی برای تولید چدن داکتیل استفاده می‌شوند، زیرا این آهن‌ها خلوص بالایی دارند و ممکن است عناصری مانند سیلیکون، منگنز، گوگرد و فسفر در آن‌ها حضور داشته باشد.
کاربردهای جدید این آهن نیز به توسعه صنایع مختلف ارتباط دارد. در گذشته، آهن خام به صورت مستقیم از ته کوره بلند به داخل مخازن منتقل و سپس به شکل مایع به کارخانه‌های فولاد سازی منتقل می‌شد. در این مرحله، آهن به نام فلز داغ (Hot Metal) شناخته می‌شد و برای تولید فولاد به کار می‌رفت. در مراحل بعدی، از طریق کوره قوس الکتریکی، کروه القایی یا کوره اکسیژن اولیه، کربن اضافی سوزانده شده و ترکیب آلیاژها کنترل می‌شود. این تکنولوژی‌های نوین به بهبود عملکرد و کارایی در تولید فولاد از آهن چدن کمک کرده و کاربردهای جدید و متنوعی را در صنعت فلزات ارائه داده‌اند.
فرایند تولید این محصول
فرآیند و روش‌های تولید آهن خام از گذشته تا به حال تحولات قابل توجهی را پشت سر گذاشته‌اند. امروزه، تولیدکنندگان از روش‌های نوین و پیشرفته‌تری برای ساخت آهن چدن استفاده می‌کنند و با دانش کامل‌تری نسبت به گذشته، عناصر موردنیاز را در ترکیب آهن خام بهینه‌تر استفاده می‌نمایند. در این متن، به بررسی دو روش اصلی تولید این آهن یعنی روش کوره بلند و روش قوس الکتریکی، می‌پردازیم.
روش کوره بلند یکی از روش‌های معتبر تولید آهن چدن است که به تایید تولیدکنندگان حرفه‌ای در سراسر جهان رسیده است. در این روش، مقداری سنگ آهن کلوخه‌شده، کک و آهک به شکل لایه لایه در کوره قرار می‌گیرند. آهک به عنوان فلاکس و کک به عنوان منبع انرژی به این مخلوط اضافه می‌شوند. با سوزاندن کک در دمای تقریبی ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد با دمش هوا و اکسیژن، حرارت موردنیاز برای ذوب سنگ آهن فراهم می‌شود. آهن چدن حاصل از این روش دارای ۳ الی ۴ درصد کربن با نقطه ذوب ۱۳۰۰ درجه سانتی‌گراد است.
در روش قوس الکتریکی، از آهن اسفنجی و قراضه فولادی برای تولید آهن خام استفاده می‌شود. آهن اسفنجی از احیای مستقیم اکسید آهن در کوره‌های احیا به‌دست می‌آید. این احیا مستقیم با تجزیه گاز طبیعی به گاز کربن مونوکسید و هیدروژن انجام می‌شود. آهن اسفنجی با داشتن ۷.۱ درصد کربن و عیار بالا، برای ساخت شمش‌های فولادی مناسب است. در روند فولادسازی، آهن اسفنجی یا قراضه آهن به همراه کک، آهک و بنتونیت به کوره قوس ریخته می‌شود و پس از حذف ناخالصی‌ها به عنوان ماده پایه‌ای برای ساخت شمش‌های فولادی در واحد ریخته‌گری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این توضیحات نشان می‌دهند که تولید آهن چدن با استفاده از روش‌های متنوع و پیشرفته، بهبود یافته و عملکرد بهینه‌تری را در اختیار صنعت قرار داده است.
معرفی آهن خام در چند خط
آهن خام یا چدن خام، محصول میانی در صنعت فولاد است که از ذوب و خالص‌سازی سنگ‌آهن به دست می‌آید. با درصد بالای کربن (3.8-4.7%) و ناخالصی‌های دیگر، این ماده به نام چدن خام یا Pig Iron شناخته می‌شود. از آن به عنوان ماده اولیه در تولید میلگرد، ورق و تیرآهن استفاده می‌شود.
نوع‌های مختلفی از آهن چدن وجود دارد، از جمله آهن‌خام پایه، آهن‌یا چدن خام ریخته‌گری و آهن‌یا چدن خام خلوص بالا. این نوع آهن دارای رنگ‌های سفید، خاکستری و نیمه خاکستری است.
آهن چدن به عنوان منبع اصلی در تولید فولاد و چدن داکتیل استفاده می‌شود. این ماده بهبود یافته و با استفاده از تکنولوژی‌های نوین، فرآیند تولید آن بهبود یافته و کاربردهای جدیدی در صنعت فلزات پیدا کرده است. از روش‌های تولید آهن خام، کوره بلند و قوس الکتریکی برای بهترین عملکرد در تولید این ماده استفاده می‌شود.
