آهن چیست ؟

صنایع آهن و فولاد امروزه یکی از مهم ترین پایه‌های اقتصادی و اجتماعی کشورهای جهان محسوب می شود و این ، به سبب نیاز مبرمی است که انسان جهت پیشبرد مقاصد خود در زندگی دارد.

با نگاه کلی به کارآیی این عنصر حیاتی ، می‌توان به نقش سازنده آن پی‌برد؛ زیرا علاوه بر کاربرد آن در امر ورق های فلزی , ساختمان سازی ، پل سازی و غیره یکی از کالاهای اساسی درصنایع اتومبیل سازی ، کشتی سازی و لوکوموتیو سازی است و به‌صورت آلیاژهای مختلف ،اساس تکنولوژی ماشین‌آلات را تشکیل می‌دهد.

آهن چیست

عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Fe و عدد اتمی ۲۶ وجود دارد. آهن فلزی است که در گروه ۸ و دوره ۴ جدول تناوبی قرار دارد.

آهن یکی از رایج‌ترین عناصر زمین است که تقریبا” ۵% پوسته زمین را تشکیل می‌دهد.

این فلز از سنگ معدن هماتیت که عمدتا”Fe2O3″ می‌باشد، استخراج می‌گردد. این فلز را بوسیله روش کاهش با کربن که عنصری واکنش‌‌پذیرتر است جدا می‌کنند. این عمل در کوره بلند در دمای تقریبا” ۲۰۰۰″ درجه سانتی‌گراد انجام می‌پذیرد.

در سال ۲۰۰۰ ، تقریبا ” ۱۱۰۰ ” میلیون تن سنگ معدن اهن با رشد ارزش تجاری تقریبا “۲۵ میلیارد دلار” آمریکا استخراج شد. درحالی که استخراج سنگ معدن اهن در ۴۸ کشور صورت می‌گیرد، چین ، برزیل ، استرالیا ، روسیه و هند با تولید ۷۰% سنگ اهن جهان پنج کشور بزرگ تولید کنندگان آن به‌حساب می‌آیند. برای تولید تقریبا ” ۵۷۲ میلیون تن” اهن خام “۱۱۰۰ میلیون تن” سنگ آهن مورد نیاز است.

تاریخچه آهن

سومریان و مصریان اولین نشانه ها برای استفاده ازآهن می‌ باشند که تقریبا ” ۴۰۰۰ سال” قبل از میلاد باآهن کشف شده و از شهاب سنگها 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 باآهن مذاب ، این محصولات را ازآهن شهاب سنگی متمایز می‌کند. که در بین‌النهرین ، آسیای صغیر و مصر به چشم می‌خورد؛ اما ازآهن تنها در تشریفات استفاده می‌شود وآهن فلزی گرانبها حتی باارزش‌تر از طلا به‌حساب می‌آید.

از منابع اهن ، به عنوان یک محصول جانبی از تصفیه مس تولید می‌شود- مثل آهن اسفنجی که بوسیله متالوژی آن زمان قابل تولید مجدد نبوده است. از ۱۲۰۰تا ۱۶۰۰ قبل از میلاد در خاورمیانه بطور روز افزون از این فلز استفاده می‌شد، اما جایگزین کابرد برنز در آن زمان نشده است.

درعصرآهن سوئد در گاتلند تبراهنی متعلق به سوئد یافت شده است که از قرن ۱۰ تا ۱۲ در خاورمیانه یک جابجایی سریع در تبدیل ابزار و سلاحهای برنزی به آهنی صورت گرفت. عامل مهم در این جابجایی ، آغاز ناگهانی تکنولوژیهای پیشرفته کار باآهن نبود، بلکه عامل اصلی ، مختل شدن تامین قلع بود. این دوره جابجایی که در زمانهای مختلف و در نقاط مختلفی از جهان رخ داد، دوره ای از تمدن به نام عصرآهن را بوجود آورد.

اولین تبرآهنی متعلق به ۳۰۰۰ سال پیش از میلاد است که درداخل یکی از قبرهای سومریان واقع در شهر اور که در جنوب بین‌النهرین قرار داشت،که نشان می‌دهد استفاده ازآهن توسط انسان از حدود ۳۰۰۰ سال پیش از میلاد مسیح آغاز و عمدتاً در کشورهای مصر ،آشور ، چین و هندوستان رواج داشته است.

در آغاز انسان ازآهن طبیعی که به‌ صورت سنگ معدن آهن با درجات خلوص متفاوت بدست می‌آمد، استفاده می‌کرد.با این حال ، نظر دیگری وجود دارد که انسانهای آنروزگاران از شهاب سنگ‌ها به‌عنوان اهن خالص‌تر استفاده می‌کردند. استفاده از آهن خالص درحدود ۱۳۰۰ سال پیش از میلاد امکان‌پذیر شد که به ظن قوی بطور تصادفی بر اثرگرما دادن شدید صخره‌های کانی ، آهن خالص توسط ذغال صورت گرفت با حرارت دادن گلاخری و ذغال نیز آهن استخراج می‌کردند.

همزمان با جایگزینی آهن به جای برنز ، فرآیند کربوریزاسیون کشف شد که بوسیله آن به اهن موجود در آن زمان ، کربن اضافه می‌کردند. اهن را بصورت اسفنجی که مخلوطی از آهن و سرباره به همراه مقداری کربن یا کاربید است، بازیافت کردند. سپس سرباره آنرا با چکش‌کاری جدا نموده ومحتوی کربن را اکسیده می‌کردند تا بدین طریق آهن نرم تولید کنند.

قیمت های روز آهن و فولاد در سرتاسر ایران را اینجا می توانید ببینید
فولاد ۲۴ بازار آینده آهن و فولاد

مردم خاور میانه دریافتند که با حرارت دادن طولانی مدت آهن نرم در لایه ای از ذغال و آب دادن آن در آب یا روغن می‌توان محصولی بسیار محکم‌تر بدست آورد. محصول حاصله که دارای سطح فولادی است، از برنزی که قبلا کاربرد داشت محکمتر و مقاوم‌تر بود. در چین اولین بار از آهن شهاب سنگی استفاده شد و اولین شواهد باستان شناسی برای اقلام ساخته شده باآهن نرم در شمال شرقی نزدیک Xinjiang مربوط به قرن ۸ قبل از میلاد بدست آمده است. این وسایل ازآهن نرم و با همان روش خاورمیانه و اروپا ساخته شده بودند که برای مردم غیر چینی هم ارسال می‌کردند.

به سبب پیشرفت زیاد تکنولوژی کوره که در سالهای آخر پادشاهی سلسله ژو ( حدود ۵۵۰ قبل از میلاد) ، قابلیت تولید آهن جدیدی بوجود آمد. ساخت کوره‌های بلندی که توانایی حرارتهای بالای ۱۳۰۰k را داشت، و باعث تولیدآهن خام یا چدن توسط چینِی‌ها شد. اگر سنگ معدن اهن را با کربن ۱۴۷۰-۱۴۲۰ k حرارت دهیم، مایع مذابی بدست می‌آید که آلیاژی با ۵/۹۶% آهن و ۵/۵۳% کربن است. این محصول محکم را می‌توان به شکلهای ریز و ظریفی در آورد. اما برای استفاده ، بسیار شکننده می‌باشند، در صورتی که بیشتر کربن آن از بین رفته شود.

پس از سلسله ژو به بعد اکثر تولیدات اهن در چین به شکل چدن است. اما با این حال اهن بعنوان یک محصول عادی مورد استفاده کشاورزان قرار گرفته است، باقی ماند و تا زمان سلسله شین ( حدود ۲۲۱ قبل از میلاد ( عظمت چین را واقعا تحت تاثیر قرار نداد.

دانشمندان معتقدند شاید این روش بعد از این دو مکان تا مغولستان آن سوی روسیه ادامه یافته باشد، اما دلیل محکمی برای اثبات این فرضیه وجود ندارد. تا اواخر قرن نوزدهم در هر رویدادی یک بازار برای کالاهای چدنی بوجود آمد، مانند درخواست برای گلوله‌های توپ چدنی.در ابتدا برای ذوب آهن از زغال چوب بعنوان منبع حرارتی و عامل کاهنده مورد استفاده قرار می گرفت. در قرن ۱۸ در انگلستان تامین کنندگان چوب کاهش یافت و از زغال سنگ که یک سوخت فسیلی است، بعنوان منبع جانشین استفاده شد. این نوآوری بوسیلـــه Abraham Darby که همین امر انرژی لازم برای انقلاب صنعتی را تامین نمود.

استخراج آهن

مرحله استخراج اهن از ترکیبهای 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 آتش‌دانی به ابعاد ۷۵×۶۰×۶۰ سانتی‌مترمی باشد. سیر تکاملی این مرحله به آنجایی رسید که امروزه ، کارخانه‌های بزرگ استخراج و ذوب آهن و فولاد با ظرفیت چندین میلیون تن به وجود آمده است.

سنگ معدن‌های آهن

سنگ معدن‌هایی که آهن از آن استخراج می‌شود، بیشتر به‌صورت اکسیدهای آهن ، مانند مگنتیت یا هماتیت است که با ۲ تا ۲۰ درصد ناخالصی (نظیر سیلیکات‌ها و آلومینات‌ها) همراه است. این ناخالصی‌ها در کوره ازآهن جدا می شود و به‌صورت تفاله خارج می‌شوند. سنگ معدن تصفیه شده و تغلیظ شده به‌صورت پودر یا دانه‌های ریز در کوره وارد می‌شود. مناسب‌ترین اندازه ذرات آن بین ۶ تا ۲۵ میلی‌متر است.
امروزه از سولفید طبیعی آهن (پیریت) در استخراج آهن استفاده نمی‌شود، بلکه مصرف بیشتر آن دراسید سولفوریک سازی است.

آهن در طبیعت بصورت ترکیب با مواد دیگر وجود دارد و کانی های مختلف آهن را شکل می دهد.

کانیهای آهن

کانیهای اهن به چهارقسمت دسته بندی می شوند.
1. کانیهای اکسیدی
2. کانیهای کربناتی
3. کانیهای سولفیدی
4. کانیهای 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 .

ادامه دارد . . .