مفهوم و اصطلاحات آهن و فولاد
قبل از مطالعه و بررسی صنعت ذوب آهن، ابتدا باید بعضی اصطلاحات مورد استفاده در این صنعت و معانی دقیق آنها را خوب درک کرد و به اختلاف بین آنها آشنا شد. این موضوع بخصوص در مورد انواع آهن خیلی مهم است، زیرا چندین نوع آهن مختلف وجود دارد که گاهی ممکن است با یکدیگر اشتباه شوند.
عنصر آهن عنصری است با علامت شیمیایی Fe و وزن اتمی 056 چهارمین عنصر فراوان در پوسته زمین، و مقدار آن در حدود پنج درصد است. اصطلاحاً سنگ هایی را که مقدار آهن آنها بیش از 20 درصد باشد، (سنگ معدن) آهن می نامند.
آهن خام: آهن خام از سرد کردن فلز حاصل از کوره بلند، در داخل قالبهایی به نام <<pig>>، به دست می آید. در حالت مذاب، فلز حاصل از کوره بنلد را (فلز کوره بلند) یا فلز (داغ) گویند. آهن خام یا فلز کوره بلند شامل حدود 90 درصد عنصر آهن و 10 درصد سایر عناصر از قبیل سیلیسیم، منگنز، فسفر و کربن است.
چدن: اگر آهن خام را دوبار ذوب کرده در قابهای ماسه ای یا فلزی ریخته سرد کنیم، چدن حاصل میشود. در طول عمل ذوب، هیچگونه عملیات تصفیه ای انجام نمیگیرد مگر آنکه در بعضی موارد، بخواهیم درجه خلوص آهن را افزایش دهیم. در این صورت، از قراضه های فولاد استفاده میکنیم، ولی در حالت کلی، اکثر ناخالصی هایی که در آهن خام وجود دارد در چدن هم باقی میماند. چدن چکش خوار هرگاه بعد از ریختن چدن عملیاتی روی آن انجام دهیم، بطوری که کربن آن کمتر شده یا کیفیت کربن محتوای آن اصلاح شود، در این صورت، (چدن چکش خوار) به دست میآید. این چدن نرم تر از چدن معمولی، که سخت و شکننده است، بوده قابلیت تراشکاری و چکش خواری دارد و در صنعت ساخت حفاظ فرفورژه پنجره و درب و سایر صنایع فلزی کاربرد دارد. آهن کار شده یا آهن چکش خوار به این طریق به دست می آید که آهن خام را بطور ناقص ذوب کنیم و بگذاریم در اثنای که ناخالصی های آن از قبیل سیلیسم، منگنز، فسفر و کربن خارج میشود، به صورت اسفنجی درآید. در صورتی که عمل تصفیه ادامه داده شود بطوری که تمام ناخالصی ها از آن خارج شود و فقط عنصر آهن باقی بماند، عمل تصفیه به صورت کامل انجام شده، آهن خالص به دست می آید. این نوع آهن در حال حاضر، خیلی کم تهیه می شود.
فولاد :فولاد آلیاژی است از آهن، کربن و سایر عناصری که از چدن یا فلز کوره بلند به دست آمده و با مقادیر متفاوتی از فولاد قراضه مخلوط و ذوب شده است و آنگاه در شرایط ذوب کامل تصفیه شده، و تجزیه عناصر آن که کاملاً در حال ذوب است، تحت بررسی و کنترل قرار گرفته است. آزمایش فولاد از نظر نوع فولاد مورد نیاز فرق می کند، و در هر صورت بایستی با نظارت دقیق صورت گیرد.
فولاد جوش دار: اگر مقدار کربن محتوای آهن کار شده را بوسیله عملیاتی افزایش دهیم، فولاد جوشدار به دست می آید. نظر به اینکه عمل تجربه در این عملیات با نظارت کامل اجام نمی شود، و حالت مذاب و گداختگی کامل نیز حاصل نشده، لازم است (آهن سمنتیت) نامیده شود.
قراضه: از این به بعد، اصولا کلمه (قراضه) را به قراضه های فولاد اطلاق می کنیم. اگر مقصود قراضه های چدن باشد، مستقیماً به نام آن اشاره خواهیم کرد. اکنون که انواع مختلف آهن را تعریف کردیم و نشان دادیم که چگونه میتوان آنها را از هم بازشناخت و یا از فولاد تشخیص داد، باید نقشه ای به دست دهیم که ارتباط بین انواع آهن و فولاد را مشخص کند. درصد آهن موجود در سنگ آهن را عیار آهن آن سنگ گویند. طبقه بندی سنگ معدنهای آهن معمولاً مطابق با نوعی کانی حاوی آهن آنهاست. سنگ معدنهای آهن عبارتند از: سنگ معدنهای ماگنتیت: این سنگ معدنها حاوی کانی ماگنتیت به فرمول Fe2o3 (اکسید فروفریک)، و پر عبارترین سنگ معدنهای شناخته شده هستند که دارای تا 65 درصد آهن می باشند. این سنگ معدنها در شمال سوئد، نقاط مختلف اتریش، روسیه، شوروی، برزیل و غیره وجود دارند. ماگنتیت جسمی سیاه با خاصیت مغناطیسی است.
سنگ معدن های هماتیت: این سنگ معدنها حاوی کانی هماتیت به فرمول Fe2o3 (فریک اکسید) هستند و در حالت خالص، 50 تا 60 درصد آهن وجود دارد.
هماتیت خالص در انگلستان، آمریکا، شمال آفریقا، شمال اسپانیا و آفریقای غربی وجود دارد. اکثر ذخایر موجود در آفریقا استخراج شده و به انگلستان صادر میشود. هم اکنون ذخایر عظیمی از این سنگ در ونزوئلا کشف شده که در سالهای آینده استخراج و به مقدار قابل توجهی به آمریکا صادر خواهد شد.
هماتیت: یک کانی قرمز مایل به قهوه ای است، و سنگ آن به شکل قلوه است و آن را به نام سنگ آهن قلوه ای نیز می شناسند. در ناحیه ای از انگلستان سنگ معدن هماتیت با ناخالصی های (سلیکا)، (آلومین) و (سنگ آهک) همراه است، و بنابراین درجه آهن آن خیلی پایین است.
سنگ معدنهای هیدراته: این سنگ معدنها حاوی کانیهای «لیمونیت» (3H2O و 2Fe2O2) و «گوتیت» (H2O و Fe2O3) هستند، و اغلب در نقاط باتلاقی یافت می شوند و (سنگ آهن باتلاقی) نیز نامیده می شوند. اغلب ذخایر آن در سوئد و قسمتهای از آلمان و فرانسه موجود است.
سنگ معدن کربناته: حاوی کانیی به نام ((کالیبیت) یا (سیدریت) «مشتق از لغتی یونانی به معنی آهن» به فرمول FeCO3 (آهن کربنات) است. این سنگ معدنها اغلب همراه با ذغل سنگ یافت شده و به نام (سنگ آهنهای نوار سیاه) نیز شناخته شده اند. این سنگ معدن گاهی اوقات نیز همراه با خاک رس است، و (سنگ آهن خاک رسی) نامیده می شود. در حال حاضر از این ذخایر بندرت استفاده می شود. این سنگ معدنها حاوی 30 درصد آهن هستند، و در اثر مرور زمان و عوامل فیزیکی و شیمیایی (دگرگونی) تبدیل و هماتیت می شوند. این دگرگونی در اثر اکسیداسیون آنها با هوای محیط، مطابق فعل و انفعال زیر انجام می شود: 4FeCO3 + O2 = 2Fe2O3 + 4CO2
این چهار نوع سنگ معدن، منابع اصلی آن موجود در طبیعت را که استخراج آنها دارای صرفه اقتصادی است، مشخص می کنند. این سنگها همه برای عملیات در کوره بلند مناسبت هستند. غیر از کانیهای بالا میتوان از کانیهای دیگر آهن نیز نام برد، که عبارتند از سولفیدهای آهن به نام (پیریت) و (مارکازیت) «FeS2» که فقط وقتی می توانند برای ذوب در کوره بلند مناسب باشند که عمل گوگرد زدایی (تشویه کامل) روی آنها انجام گرفته و تبدیل به اکسید شوند. ترکیبات آهن و تیتانیوم که سر دسته آنها (ایلنیت) به فرمول FeO,TiO2 است، دسته ای دیگر از کانیهای آهن را تشکیل میدهند. این کانی را نمیتوان در کوره بلند تجزیه کرد، زیرا تیتانیوم دی اکسید (TiO2) احیا نمی شود و به سرباره رفته آن را خیلی سنگین و چسبناک میسازد، که در نتیجه غیرقابل استفاده می گردد. این سنگها را میتوان در کوره های الکتریکی احیا کرد.
خریدار ضایعات آهن تهران
گانگ: خیلی کم ممکن است کانیها بصورت خالص یافت شوند و اغلب با ناخالصی هایی همراهند که از کانیهای دیگری غیر از کانی مورد نظر هستند. این ناخالصی ها را گانگ و یا (مواد همراه) گویند. در طول استخراج باید گانگ از سنگ معدن جدا شود.