الحدید
صناعه الفولاذ
التاریخ
بدایة کشف حجر الحدید بواسطة الانسان الاولی و الذوبان والحصول علی معدن الحدید غیر معروفة ولکن تشیر الادلة الی ان یرجع اکتشاف الحدید بواسطة الانسان الاولی الی 2400سنة او اکثر . یبدو في البدایة الانسان الاولی کان یسیتخدم الشهب السماویة الثابتة التی تحتوی علی الحدید والنیکل . واطلاق اسم خام الحدید ومعدن السماء الی الحدید بواسطة الانسان الاولي یؤید هذا الموضوع . بعد ذلک اکتشفوا حجر الحدید .
نظرة عامة
الحدید عنصر بحرف نووي fe ووزن نووي 56 . والعنصر الرابع في غشاء الارض من ناحیة الوفور ویوجد بمقدار 5 بالمئة في غشاء الارض . ویطلق علی الاحجار التي تحتوي علی اکثر من 20 بالمئة حدید ، حجر الحدید .
یسیتخرج معدن الحدید من حجر الحدید عن طریق عملیات کیمیاویة . یعني خامات اکسید الحدید تحیی من خلال الکربون ویتم تحریر الحدید. کان یستخدم فحم الخشب للاحیاء لمدة قرون ولکن من عام 1907 حصل نقطة تحول في عمل ذوب الحدید واحتل البرغوث مکانه والذي یعتبر افضل وقود للفرن .
للحصول علی طن من الحدید الخام ، یستخدم حدود 3- 5/1 طن حجر الحدید وایضا حجر الکلس بعنوان مواد حراریة الفرن . في البدایة کانت تتم عملیة ذوبان الحدید في افران ابتدائیة التي کانت تصنع من الحجر او اللبنة وعن طریق تدفق الهواء . ما کان یصل ارتفاع الفرن الی اکثر من 10 امتار ولکن الیوم باختراع المکائن ودخول الهواء المضغوط الی الفرن ، یکثر ارتفاع الفرن وقطر الفرن وتصنع الافران المرتفعة الجدیدة من لوحات حدیدیة علی اعمدة ویصل ارتفاع داخل الفرن الی 30 مترا . وتطور الصناعة وتزاید حاجة البشر الی النوع الافضل من الحدید ، تسبب صنع الافران المرتفعة الجدیدة .
المواد الحراریة للافران
المواد الحراریة في الافران المرتفعة تقوم بعملین : انشاء الحرارة وعمل الاحیاء وینقسم الی قسمین : القسم الطبیعي والقسم الاصطناعي . المیزة التاریخیة لبعض المواد الحراریة مثل فحم الاتتراسیت والفحم الحجري ولینیت اکثر من المیزة الاقتصادیة . ومن بین المواد الحراریة الاصطناعیة التي هي فحم الخشب والبرغوث ، للبرغوث اهمیة بالغة ویستخدم في اکثر المعامل . من میزات البرغوث الصلابة ، الکثرة ، الاحتراقیة والسعر المناسب . لتهیة البرغوث یجب خلط کم نوع من الفحم التي تختلف فیه نسبة المواد المفرة فیه وبواسطة افران خاصة تبدل الی برغوث . یسمی هذا العمل کربونیزاسیون . الترکیب الکیمیاوی للبرغوث هو 94- 85 بالمئة من الکربون وبقیة المواد هي المواد المفرة ، الرماد ، الکبریت والرطوبة .
المواد اللازمة للاحتراق وانشاء الحرارة
کما ذکرنا للحصول علی طن من الحدید الخام نحتاج الی تقریبا6-5 طن هواء والذي یتشکل من خلیط غازین ، غاز الاوکسیجین وغاز النیتروجین بنسبة 1و4 وفي الافران المرتفعة الجدیدة . ینفخ الهواء بواسطة ضواغط الی داخل الفرن . تعمل هذه الضواغط بواسطة البخار او الکهرباء . لانشاء هواء بعض الافران المرتفعة تستخدم الضواغط الغازیة . في هذه المکائن یدخل غاز الافران المرتفعة مع الهواء الی المکینة وتشعل بواسطة الکهربة بعد التکتل والظغط الناجم بسبب حرکة محرک الضاغطة .
مواد الصهر
تعتبر مواد الصهر من اهم المواد في الافران المرتفعة بعد حجر الحدید والمواد الحراریة . تقوم بعملین : ذوب الشوائب الموجودة وان درجة الانصهار لها اعلی من درجة الفرن العادیة . بعض المواد التي یتم احیاء ها مع حجر الحدید ام تنحل في الحدید او تترکب معه ولا یمکن الفصل بینهما ، المواد الصاهرة تترکب بهذه الشوائب قبل ترکیبها بالحدید . نوعیة مواد الصهر تتعلق بالموادالموجودة في الفرن . وان کان حر الحدید من نوع الکلس یجب ان تکون مواد الصهر من المواد الحمضیة ( مثل السلیکا 
وان کان حجر الحدید من السلیکا ( الحمضیات ) یجب ان تکون مواد الصهر من نوع الکلس ( مثل حجر الکلس ، الدولمیت وحجر الفوسفات ) . وان ارادوا ان تکون المواد الزائدة سائلة یستخدموا مواد الصهر المحایدة مثل فلوراسپار التي لها نقطة ذوبان منخفضة .
المواد الزائدة لللافران المرتفعة
المواد الزائدة : المواد المذابة التي تحصل عن طریق التفاعلات بین مواد الصهر ، حجر الحدید ، المواد الحراریة وشوائب اکسید الموجودة في المعدن وإثر هذه التفاعلات تخرج الشوائب التي لا یجوز ان تکون في حدید الزهر ، من الحدید الخام .
المواد الاصلیة التی تکون المواد الزائدة هي cao، sio2، Al2o3 ، mgo : وفي المجموع تشکل 90 بالمئة من هذه المواد والعشرة بالمئة الباقیة هي Feo، Mno، Cas وغیره من المواد .
موارد استخدام المواد الزائدة
یمکن استخدام هذه المواد باشکال مختلفة علی حسب ترکیبها الکیمیاوي ، خواصها الفیزیاویة وطریقة تبریدها .
یتم تبرید هذه المواد بثلاثة طرق وعلی حسب طریقة التبرید تاتي في ثلاثة اشکال :
الکتل العمودیة الفارغة ، البنی التحتیة . المواد الزائدة المبردة بالهواء تصفی ونستخدم للأغراض التالیة : الطرق ، الرمل الزجاجي لصنع السرامیک ، استنزاف الفاضلاب ، الاسفلت وغیره .
المواد الزائدة المحببة بالماء تستخدم للمصاریف التالیة : الاسمنت ، العزل ، البنی التحتیة للطرق ، مواد الخرسانة ، کتل البناء،جسر السکة الحدیدیة وبقیة الجسور وغیره . والمواد الزائدة الخفیفة تستخدم في مواد البناء الخرسانیة ، مواد ضد الحریق ، الارضیات ، منتوجات بنائیة جاهزة خرسانیة مثل تیورستون ، اللبنة ، بلاط عازل الصوت جدران مشفرة وغیرة .
پیام صنعت