مواد خام مورد استفاده در فولاد سازی

معرفی مواد خام مورد استفاده در فولادکاری یکپارچه

 بر اساس مباحث کانی شناسی سنگ آهن از هماتیت، مگنتیت و گوتیت تشکیل شده است. وجود هماتیت خالص در طبیعت بسیار نادر است اما یافتن ترکیبی از مواد معدنی متفاوت از سنگ آهن در طبیعت بسیار متداول می باشد. بیشتر کانی ها از ترکیب هماتیت، مگنتیت و گوتیت تشکیل شده اند. نسبت نوع مواد معدنی در سنگ آهن می تواند از طریق میزان اکسید آهن (FeO) و تقلیل وزن حرارتی (LOI) سنجیده شود. هر چه FeO بیشتر باشد مقدار مگنتیت نیز بیشتر خواهد بود و هر چه تقلیل وزن حرارتی (LOI) بالاتر باشد مقدار گوتیت بیشتر است.

بر اساس مقدار تخلخل، سنگ آهن می تواند به دو نوع متخلخل و متراکم تقسیم بندی شود. معمولا سنگ آهن با آب متبلور یا آب ترکیبی مقدار تخلخل بیشتری دارد. هر چه رسوبات هوازده بیشتر باشد معمولا مقدار تخلخل نیز بالاتر است.

تصویر شماره 1 – سنگ آهن

کلوخه سنگ آهن

براساس اندازه ذرات، سنگ آهن به گروه های مختلفی تقسیم بندی می شود. نرمه سنگ آهن ضخامتی کمتر از 10 میلیمتر دارد و سایز کلوخه نیز بین 6.3 تا 31.5 است. نرمه آهن ابتدا باید در سایت های کلوخه سازی فرآوری شود اما کلوخه ی سنگ آهن می تواند به طور مستقیم در کوره بلند مورد استفاده قرار بگیرد. کلوخه سنگ آهن کم هزینه ترین ماده ای که درون کوره بلند شارژ می شود. در حدود 25 تا 30 درصد کلوخه هایی که سایزی کمتر از 10 میلیمتر دارند از موجودی کوره بلند خارج شده و به عنوان نرمه ی سنگ آهن وارد سایت کلوخه سازی می شود.

تصویر شماره 2 – کلوخه سنگ آهن

کنسانتره آهن

اگر ذخیره آهنی که حاوی مقدار آهن (Fe) کمی ست برای ارتقا نیاز به انجام یک سری عملیات مانند خرد کردن، فرایندهای جداسازی مگنتیت، آسیاب کردن و شناورسازی داشته باشد به آن کنسانتره گفته می شود. کنسانتره معمولا به گندله سنگ آهن تبدیل می شود. یک دهه پیش، فولادکاران چینی فرایند HPS (Hybrid Pelletized Sinter) را دنبال کردند و با توسعه ی آن فرایندی را به وجود آوردند که به آن فرآیند mini-pellet sintering گفته می شود. در این فرآیند شیرآهک به عنوان ماتریس متصل کننده مورد استفاده قرار می گیرد تا کنسانتره به mini-pellet تبدیل شود. این ماده سپس درون دستگاه گندوله سازی وارد می شود تا به فرم کلوخه دانه انگوری درآید.

تصویر شماره 3 – کنسانتره آهن

گندله آهن

گندله از کنسانتره آهن ساخته می شود و به دلیل شکل گرد و نفوذپذیری بار بالا درون کوره بلند، در اصطلاح به آن قرص صاف نیز می گویند. گندله به راحتی در نقاله توزیع کوره بلند حرکت می کند. به همین دلیل کوره بلندهایی که از گندله با نسبت بیشتری استفاده می کنند باریکتر هستند.

تصویر شماره 4 – گندله آهن

بیشتر بخوانید: تاریخچه صفر تا صد تولید فولاد و آهن

برخی از انواع متداول سنگ آهن

مگنتیت

مگنتیت از کانه های آهن است که فرمول شیمیایی آن Fe3O4 می باشد. از 72.36 درصد آهن و 27.36 درصد اکسیژن تشکیل شده است. رنگ آن عموما خاکستری تیره و یا سیاه است و وزن مخصوص آن نیز 5.16 تا 5.18 است. این کانه خاصیت مغناطیسی بالایی دارد و برای جدا کردن از مواد زاید از جداکننده های مغناطیسی استفاده می شود. مگنیت شبکه ی کریستالی با آهن دو و سه ظرفیتی ست. تشکیل مگنتیت در طبیعت به محیط احیا کننده نیاز دارد.

تصویر شماره 5 – مگنتیت

هماتیت

هماتیت از کلمه ی یونانی Haima گرفته شده است که معنی خون می دهد. این کانه ی آهنی فرمول Fe2O3 دارد و در حالت خالص 69.94 درصد آهن و 30.06 درصد اکسیژن دارد. رنگ هماتیت خاکستری مایل به قرمز است. وزن مخصوص آن 5.26 گرم بر سانتیمتر مکعب می باشد و می تواند به صورت کلوخه ای یا خاکی در طبیعت یافت شود. نوع بسیار خالص آن که خاکی و قرمز رنگ است و به آن گل اخرا نیز می گویند در جزیره ی هرمز یافت می شود. سنگ معدن هماتیت درجه خلوصی بین 50 تا 68 درصد دارد معمولا با مواد باطله ی سیلیسی یافت می شود. در دمای 1457 درجه ی سانتیگراد و فشار اکسیژن  1atm هماتیت می تواند به مگنتیت و آهن تجزیه شود.

تصویر شماره 6 - هماتیت

گوتیت

گوتیت از هوازدگی سنگ آهن اولیه مانند هماتیت و مگنتیت تشکیل می شود. همچنین اکسیداسیون مواد معدنی سولفیدی غنی از آهن می تواند باعث تشکیل گوتیت شود.

فرمول شیمیایی آن FeOOH است  و به رنگ قهوه ای و سیاه یافت می شود.

تصویر شماره 7 - گوتیت