نحوه تولید فولاد از آهن

در این مطلب به بررسی و نحوه تولید فولاد از آهن خواهیم پرداخت. لازم به ذکر است که آهن، فلزی سخت و مقاوم است که در طبیعت به وفور یافت می‌شود. اما این فلز به تنهایی برای بسیاری از کاربردها مناسب نیست. فولاد، آلیاژی از آهن و کربن است که با خواصی مانند استحکام، سختی، چکش‌خواری و انعطاف‌پذیری، کاربردهای وسیع‌تری در صنایع مختلف دارد. در این مطلب، به نحوه تولید فولاد از آهن می‌پردازیم و مراحل این فرآیند را به طور کامل شرح می‌دهیم.

« لیست قیمت آهن آلات »

نحوه تولید فولاد از آهن

تولید فولاد از آهن، فرآیندی پیچیده و چند مرحله‌ای است که به طور کلی به دو روش کوره بلند و کوره قوس الکتریکی انجام می‌شود. در زیر برخی از مهمترین مراحل تولید فولاد از آهن را بررسی کرده ایم :

استخراج سنگ آهن:

اولین مرحله در مراحل تولید فولاد از آهن، استخراج سنگ آهن از معادن است. سنگ آهن، ماده اولیه تولید آهن و فولاد است و به وفور در پوسته زمین یافت می‌شود. معادن سنگ آهن در سرتاسر جهان وجود دارند و استخراج این ماده معدنی به روش‌های مختلفی مانند روباز، زیرزمینی و حفاری انجام می‌شود.

روش‌های استخراج سنگ آهن:

• استخراج روباز: این روش برای معادن سنگ آهنی که در نزدیکی سطح زمین قرار دارند، استفاده می‌شود. در این روش، از تجهیزات بزرگی مانند بیل مکانیکی و کامیون برای استخراج سنگ آهن استفاده می‌شود.
• استخراج زیرزمینی: این روش برای معادن سنگ آهنی که در عمق زمین قرار دارند، استفاده می‌شود. در این روش، از تونل‌ها و چاه‌ها برای دسترسی به سنگ آهن استفاده می‌شود.
• حفاری: این روش برای استخراج سنگ آهن از بستر دریا استفاده می‌شود. در این روش، از کشتی‌های مخصوص و تجهیزات حفاری برای استخراج سنگ آهن استفاده می‌شود.

کیفیت سنگ آهن:

کیفیت سنگ آهن استخراج شده، به عوامل مختلفی مانند نوع سنگ، ناخالصی‌ها و عیار آن بستگی دارد. سنگ آهن با کیفیت بالا، عیار آهن بیشتری دارد و ناخالصی‌های کمتری دارد. این نوع سنگ آهن برای مراحل تولید فولاد از آهن مناسب‌تر است.

فرآوری سنگ آهن:

همانطور که در بخش قبلی اشاره شد، پس از استخراج سنگ آهن از معادن، دومین گام در مراحل تولید فولاد از آهن، فرآوری سنگ آهن است. در این مرحله، سنگ آهن استخراج شده به کارخانه‌های فرآوری منتقل می‌شود و در آنجا به روش‌های مختلفی برای ذوب شدن آماده می‌شود.

اهداف فرآوری سنگ آهن:

• افزایش عیار آهن: سنگ آهن استخراج شده، معمولاً عیار آهن پایینی دارد. در فرآوری سنگ آهن، ناخالصی‌ها مانند سنگ و خاک از سنگ آهن جدا می‌شوند و عیار آهن آن افزایش می‌یابد.
• کاهش ابعاد سنگ آهن: سنگ آهن استخراج شده، به ابعاد مختلفی وجود دارد. در فرآوری سنگ آهن، سنگ آهن به ابعاد مناسب برای ذوب شدن در کوره بلند یا کوره قوس الکتریکی تبدیل می‌شود.
• حذف ناخالصی‌ها: سنگ آهن استخراج شده، ناخالصی‌های مختلفی مانند گوگرد و فسفر دارد. در فرآوری سنگ آهن، این ناخالصی‌ها تا حد زیادی حذف می‌شوند.

مراحل فرآوری سنگ آهن:

• خردایش: در این مرحله، سنگ آهن استخراج شده به قطعات کوچکتر تبدیل می‌شود.
• آسیاب کردن: در این مرحله، قطعات کوچکتر سنگ آهن به پودر تبدیل می‌شود.
• تغلیظ: در این مرحله، پودر سنگ آهن با استفاده از روش‌های مختلفی مانند جداسازی مغناطیسی و ثقلی، به کنسانتره سنگ آهن تبدیل می‌شود. کنسانتره سنگ آهن، عیار آهن بالایی دارد و برای ذوب شدن در کوره بلند یا کوره قوس الکتریکی مناسب است.

تولید آهن خام:

همانطور که در بخش‌های قبلی اشاره شد، پس از استخراج و فرآوری سنگ آهن، سومین گام در مراحل تولید فولاد از آهن، تولید آهن خام است. در این مرحله، سنگ آهن فرآوری شده به همراه مواد دیگری مانند کک و سنگ آهک در کوره بلند ذوب می‌شود و محصول نهایی، آهن خام یا چدن خواهد بود.

مواد اولیه تولید آهن خام:

• سنگ آهن: سنگ آهن فرآوری شده با عیار بالا، ماده اولیه اصلی تولید آهن خام است.
• کک: کک، سوختی فسیلی است که از زغال سنگ به دست می‌آید و به عنوان منبع انرژی در کوره بلند استفاده می‌شود.
• سنگ آهک: سنگ آهک، یک ماده معدنی است که به عنوان شار در کوره بلند استفاده می‌شود. شار، ناخالصی‌ها را به خود جذب می‌کند و به جدا شدن آنها از آهن مذاب کمک می‌کند.

مراحل تولید آهن خام:

1. شارژ کوره بلند: مواد اولیه مانند سنگ آهن، کک و سنگ آهک به ترتیب در کوره بلند شارژ می‌شوند.
2. ذوب شدن: با عبور جریان هوای گرم از پایین کوره، مواد اولیه ذوب می‌شوند.
3. جدا شدن ناخالصی‌ها: ناخالصی‌ها مانند گوگرد و فسفر با شار ترکیب می‌شوند و به صورت سرباره از آهن مذاب جدا می‌شوند.
4. تشکیل آهن خام: آهن مذاب در پایین کوره جمع می‌شود و به عنوان محصول نهایی، از کوره خارج می‌شود.

آهن خام:

آهن خام یا چدن، محصول نهایی مرحله تولید آهن خام است. این ماده به دلیل وجود ناخالصی، برای ساخت فولاد مناسب نیست و باید تصفیه شود.

کوره بلند:

کوره بلند، یک سازه استوانه‌ای بلند است که از آجر نسوز ساخته شده است. در داخل کوره بلند، مواد اولیه مانند سنگ آهن، کک و سنگ آهک شارژ می‌شوند و با عبور جریان هوای گرم از پایین کوره، ذوب می‌شوند.

تصفیه آهن خام:

همانطور که در بخش‌های قبلی اشاره شد، پس از تولید آهن خام در کوره بلند، چهارمین گام در مراحل تولید فولاد از آهن، تصفیه آهن خام است. در این مرحله، آهن خام تولید شده در کوره بلند به کوره‌های دیگری مانند کوره‌های LD یا BOF منتقل می‌شود و با تزریق اکسیژن، ناخالصی‌های آن تا حد زیادی حذف می‌شوند.

کوره‌های تصفیه آهن خام:

• کوره LD: کوره LD، نوعی کوره دمش اکسیژن قلیایی است که برای تصفیه آهن خام استفاده می‌شود. در این کوره، اکسیژن با فشار بالا به آهن مذاب تزریق می‌شود و ناخالصی‌ها را اکسید می‌کند.
• کوره BOF: کوره BOF، نوعی کوره قوس الکتریکی با اکسیژن است که برای تصفیه آهن خام استفاده می‌شود. در این کوره، از قوس الکتریکی برای گرم کردن آهن مذاب استفاده می‌شود و سپس اکسیژن به آن تزریق می‌شود تا ناخالصی‌ها اکسید شوند.

مراحل تصفیه آهن خام:

1. انتقال آهن خام: آهن خام تولید شده در کوره بلند، به کوره‌های تصفیه مانند کوره LD یا BOF منتقل می‌شود.
2. تزریق اکسیژن: اکسیژن با فشار بالا به آهن مذاب تزریق می‌شود.
3. اکسیداسیون ناخالصی‌ها: ناخالصی‌های آهن خام مانند گوگرد و فسفر با اکسیژن ترکیب می‌شوند و به صورت سرباره از آهن مذاب جدا می‌شوند.
4. تشکیل فولاد: آهن تصفیه شده، به عنوان فولاد شناخته می‌شود.

آلیاژسازی:

در این مرحله، عناصر آلیاژی مانند کربن، منگنز، کروم، نیکل و مولیبدن به آهن مذاب اضافه می‌شوند تا خواص مورد نظر فولاد مانند استحکام، سختی و مقاومت به خوردگی به دست آید.

ریخته‌گری:

فولاد مذاب پس از آلیاژسازی، در قالب‌های مختلف ریخته می‌شود تا به شکل‌های مختلف مانند شمش، میلگرد، تیرآهن و ورق تبدیل شود.

خنک‌کاری:

فولاد پس از ریخته‌گری، به آرامی خنک می‌شود تا تنش‌های داخلی آن کاهش یابد و به ساختار مطلوب برسد.

عملیات حرارتی:

در برخی موارد، برای بهبود خواص فولاد، عملیات حرارتی مانند آنیل، تمپر و کوئنچ انجام می‌شود.

انواع فولاد

فولادها بر اساس نوع و مقدار عناصر آلیاژی به دسته‌های مختلفی مانند فولادهای کربنی، فولادهای آلیاژی، فولادهای ضد زنگ و فولادهای ابزار تقسیم می‌شوند.

کاربردهای فولاد

فولاد به دلیل خواص منحصر به فرد خود، در صنایع مختلفی مانند ساخت و ساز، ماشین‌سازی، خودروسازی، کشتی‌سازی، تولید لوازم خانگی و … کاربرد دارد.

سخن پایانی

فولاد، یکی از مهم‌ترین مواد مهندسی در دنیای امروز است. تولید فولاد از آهن، فرآیندی پیچیده و چند مرحله‌ای است که نیازمند دانش فنی و تجهیزات پیشرفته است. با تنوع در نوع و مقدار عناصر آلیاژی، می‌توان فولادهایی با خواص مختلف تولید کرد و از آنها در کاربردهای گوناگون استفاده نمود.