آهن چیست ؟
توسط
آهن یکی از عناصر جدول تناوبی است که با نماد Fe شناخته می شود. عدد اتمی این عنصر 26 بوده و رایج ترین عنصر در زمین است که مقدار زیادی از هسته داخلی و خارجی زمین را تشکیل داده است. این فلز چهارمین عنصر رایج تشکیل دهنده پوسته زمین به حساب می آید. جالب است بدانید که آهن خالص نرم است و با اضافه کردن ناخالصی هایی مانند کربن استحکام پیدا می کند.
امروزه صنایع آهن و فولاد یکی از مهم ترین پایه های اقتصادی و اجتماعی کشور های جهان محسوب می شود و این ، به سبب نیاز مبرمی است که انسان جهت پیشبرد مقاصد خود در زندگی دارد.
تاریخچه آهن
مصریان و سومریان اولین نشانه ها برای استفاده از آهن می باشند که تقریبا ” ۴۰۰۰ سال” قبل از میلاد با آهن کشف شده و از شهاب سنگ ها اقلام کوچکی مثل سر نیزه و زیور آلات تولید می کردند. از ۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰ سال قبل از میلاد ، تعداد فراینده ای از اشیاء ساخته شد که با آهن مذاب ، این محصولات را از آهن شهاب سنگی متمایز می کند. که در بین النهرین ، آسیای صغیر و مصر به چشم می خورد؛ اما از آهن تنها در تشریفات استفاده می شود و آهن فلزی گرانبها حتی با ارزش تر از طلا به حساب می آید.
از منابع اهن ، به عنوان یک محصول جانبی از تصفیه مس تولید می شود. مثل آهن اسفنجی که بوسیله متالوژی آن زمان قابل تولید مجدد نبوده است. از ۱۲۰۰ تا ۱۶۰۰ قبل از میلاد در خاورمیانه بطور روز افزون از این فلز استفاده می شد، اما جایگزین کابرد برنز در آن زمان نشده است.
خواص آهن چیست ؟
آهن و آلیاژ های آن پرکاربردترین نوع فلزات می باشند .هستهٔ اتم های آهن تقریباً دارای بالاترین انرژی های اتصال در هر نکلئون است. بنابراین آهن با روش همجوشی , سنگین ترین و با روش شکافت اتمی , سبکترین عنصری است که بصورت گرمازایی تولید می گردد. خواص مکانیکی آهن و آلیاژهای آن عمدتاً به درجه خلوص آن وابسته است. این خواص با استفاده از آزمون هایی از قبیل برنیل و راکول یا آزمایش مقاومت کششی ارزیابی می شود.آهن با درجه خلوص بالا دارای سختی20–30 برنیل است.
چگالی آهن 7874 کیلوگرم بر مترمکعب، وزن اتمی آن 55.847گرم بر مول و دمای جوش آن به ترتیب برابر 2750 درجه سانتیگراد است. کریستال های آهن خالص که برای مقاصد تحقیقاتی تولید شده‌اند از آلومینیوم نرم ترند. اما افزودن مقادیر اندکی ناخالصی از قبیل کربن مقاومتش را دو برابر می‌کند و سختی نیز افزایش می یابد. به گونه ای که مقادیر مناسب (تا چند درصد) کربن و دیگر فلزات تولید فولاد می‌کند که می‌توان 1000 بار سخت تر از آهن خالص باشد.
خواص آهن را می توان با تولید آلیاژ هایی از آن با استفاده از عناصر مختلف (به ویژه کربن و سیلیکون) اصلاح نمود و فولاد ها را ایجاد کرد. آهن خالص به صورت آزاد به ندرت روی سطح زمین یافت می‌شود زیرا به آسانی رطوبت و اکسیژن محیط را جذب و اکسید می‌شود. به منظور به دست آوردن فلز آهن، اکسیژن باید از طریق واکنش کاهش شیمیایی از سنگ معدن طبیعی حذف شود.
آهن چیست
کاربرد آهن چیست ؟
به دلیل قیمت ارزان و مقاومت بالای آهن نسبت به دیگر فلزات ، کاربرد آن از تمامی فلزات بیشتر است. برخی از کاربرد های آهن عبارت است از:
- اسکلت ساختمان ها (مهم ترین کاربرد)
- بدنه اتومبیل ها
- ریل آهن
- چارچوب تجهیزات
- کشتی های بزرگ
- اکسیدهای آهن مورد استفاده برای ساخت ذخیره مغناطیسی در کامپیوتر
10 ویژگی اساسی فلز آهن
- به فراوانی یافت می شود
- هزینه استخراج کم نسبت به سایر فلزات
- کاربرد وسیع در ساخت آلیاژها
- زنگ زدن سریع در حضور رطوبت
- محکم، سخت، پردوام و مقاوم است.
- قیمت مناسب نسبت به سایر فلزات
- بر اثر حرارت شعله سریع زنگ می زند
- بازیافت راحت و آسان فلز آهن
- قابلیت تبدیل شدن به آلیاژهای دیگر مانند فولاد و چدن
- رسانای الکتریسیته است
استخراج آهن
مرحله استخراج اهن از ترکیب های طبیعی آهن به مرور زمان ، راه تکامل را پیمود تا اینکه اولین کوره استخراج اهن به سبک امروزی که به کوره کانالانی معروف بود، رونمایی شد. این کوره دارای آتش دانی به ابعاد ۷۵×۶۰×۶۰ سانتی متر می باشد. سیر تکاملی این مرحله به آنجایی رسید که امروزه ، کارخانه های بزرگ استخراج و ذوب آهن و فولاد با ظرفیت چندین میلیون تن به وجود آمده است.
آهن چیست
سنگ معدن های آهن
سنگ معدن هایی که آهن از آن استخراج می شود ، بیشتر به صورت اکسید های آهن ، مانند مگنتیت یا هماتیت است که با ۲ تا ۲۰ درصد ناخالصی (نظیر سیلیکات ها و آلومینات ها) همراه است. این ناخالصی ها در کوره از آهن جدا می شود و به صورت تفاله خارج می شوند. سنگ معدن تصفیه شده و تغلیظ شده به صورت پودر یا دانه های ریز در کوره وارد می شود. مناسب ترین اندازه ذرات آن بین ۶ تا ۲۵ میلی متر است.امروزه از سولفید طبیعی آهن در استخراج آهن استفاده نمی شود ، بلکه مصرف بیشتر آن دراسید سولفوریک سازی است.
آهن در طبیعت به صورت ترکیب با مواد دیگر وجود دارد و کانی های مختلف آهن را شکل می دهد.
- سنگ آهن
- کانی های آهن
- کانی های اهن به چهارقسمت دسته بندی می شوند.
- کانی های اکسیدی
- کانی های کربناتی
- کانی های سولفیدی
- کانی های سیلیکاتی
مهمترین کانیهای آهن مورد استفاده در صنایع فولاد مگنتیت Fe3O4 با ۷۲% آهن و هماتیت Fe2O3 با ۷۰% آهن می باشد که در حال حاضر از معادن چغارت قابل استحصال می باشد.
اندازه و نوع دانه بندی سنگ اهن برای استفاده در کوره بلند فولاد با کیفیت مطلوب بسیار مهم است. برای احیاء کامل سنگ اهن باید حداقل اندازه دانه مصرفی در کوره بلند ۱۰ میلی متر باشد. روزانه ۲۰۰۰ تن سنگ اهن در سایت مخصوص توسط سه دستگاه سرند ویبراتوری دانه بندی و برای بخش های آگلومراسیون و کوره بلند ارسال می گردد .
آهن چیست
فرآورده های تولید شده از آهن چیست ؟
فرآورده های تولید شده از سنگ آهن را می توان به دسته های زیر تقسیم کرد:
-
آهن خام
مرحله میانی مسیر سنگ آهن تا چدن و فولاد ، آهن خام می باشد; آهن خام شامل 5-4% کربن و مقادیر متفاوتی ناخالصی از قبیل گوگرد , سیلیکون و فسفر است.
-
چدن
به منظور به دست آوردن چدن، آهن را ذوب و در قالب های ماسه ای یا فلزی می ریزند. بنابراین اولین محصول ذوب شده پس از گرم شدن همزمان کربن و آهن که محصولی بسیار محکم , سخت و شکننده است به دست می آید. این آلیاژ شامل 2-3 درصد کربن و مقدار کمی منگنز می باشد. همچنین ناخالصی های موجود در آهن خام مانند گوگرد و فسفر که تاثیر منفی بر خواص آن دارد، در چدن تا حد قابل قبولی کاهش می یابد.
-
چدن چکش خوار
این نوع چدن با افزودن موادی از قبیل منیزیم و سیلیکات آهن به چدن معمولی و سپس بلوری شدن کربن به دست می آید. چدن چکشخوار از خاصیت چکش خواری و کششی بیشتری نسبت به چدن معمولی برخوردار است و در صنعت پرکاربردتر است.
-
چدن سفید
با سردشدن آهن مذاب این نوع چدن بدست می آید.درصدد شکنندگی آن را می توان تنها با نرم کردن آن کاهش داد.
-
آهن کارشده
برای بدست آورد این نمونه آهن آلات باید برخی از ناخالصی های موجود در آن همچون سیلیسیم ، منگنز و کربن را تصفیه نمود و آهن ذوب شده را به شکل اسفنجی تبدیل نمود.
-
فولاد
فولاد معروف ترین آلیاژ آهن می باشد که از ترکیب آلیاژ های آهن به همراه کربن به دست می آید و مقاومت آن بسیار بیشتر از حالت اولیه است. میزان کربن موجود در فولاد های کربنی ساده تأثیر زیادی بر خواص فولاد و انتخاب عملیات حرارتی مناسب آن دارد. به دلیل اهمیت میزان کربن در فولاد ها، تقسیم بندی این فولاد ها براساس مقدار کربن شامل فولاد کم کربن یا نرم، فولاد متوسط کربن و فولاد ابزار می باشد.
این فولاد شامل مقادیر خاصی از منگنز، و سلیکون و مقادیر بسیار کمی از فسفر و سولفور می باشد. بیشترین حد کربن در فولاد که به ندرت اتفاق می افتد، تقریباً ۲ درصد می باشد و زمانی که مقدار کربن آن بیش از این باشد، آن را آلیاژ چدن می نامند. مقدار کربن در چدن ها، معمولاً بین 3/2 الی 4 درصد می باشد.
-
فولاد کربن
شامل 0.5-1.5% کربن و مقادیر کم منگنز ، گوگرد ، فسفر و سیلیکون است.
-
آهن ورزیده (نرم)
دارای کمتر از0.5 % کربن است. محصولی محکم و چکش خوار است، اما به اندازه آهن خام گدازپذیر نیست. اگر یک لبه آن تیز شود، به‌سرعت تیزی خود را از دست می‌دهد.
-
فولاد آلیاژ
حاوی مقادیر متفاوتی کربن همراه با فلزات دیگر می باشد. بیشترین عناصر شامل کروم ، وانادیم ، مولیبدن ، نیکل ، تنگستن می‌باشد.
-
آهن قراضه
ضایعاتی های حاصل از تولید فولاد می باشد.عملیات حرارتی باید با دمای مناسب انجام گیرد. این عملیات موجب تنش گیری عملیات آماده سازی، بهینه سازی ساختار دانه، افزایش قابلیت شکل پذیری، افزایش مقاومت سایشی و چقرمگی فولاد، بهبود قابلیت ماشین کاری و خواص برش، بهینه سازی خواص مغناطیسی و الکتریکی فولاد می گردد.تکنولوژی بازیافت و استفاده مجدد از آهن، مواد مذاب را به صورت شمش های کوچک و بزرگ تبدیل کرده تا دوباره به چرخه تولید وارد شوند.
