میدانید آهن چگونه بدست می آید

آهن

عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Fe و عدد اتمی 26 وجود دارد. آهن فلزی است که در گروه 8 و دوره 4 جدول تناوبی قرار دارد.

تاریخچـــــه

اولین نشانه‌های استفاده از آهن به زمان سومریان و مصریان بر می‌گردد که تقریبا" 4000 سال قبل از میلاد با آهن کشف شده از شهاب سنگها اقلام کوچکی مثل سر نیزه و زیور آلات می‌ساختند. از 2000 تا 3000 سال قبل از میلاد ، تعداد فزاینده ای از اشیاء ساخته شده با آهن مذاب ( فقدان نیکل ، این محصولات را از آهن شهاب سنگی متمایز می‌کند ) در بین‌النهرین ، آسیای صغیر و مصر به چشم می‌خورد؛ اما ظاهرا" تنها در تشریفات از آهن استفاده می‌شد و آهن فلزی گرانبها حتی باارزش‌تر از طلا به‌حساب می‌آمد.

بر اساس تعدادی از منابع آهن ، بعنوان یک محصول جانبی از تصفیه مس تولید می‌شد - مثل آهن اسفنجی – و بوسیله متالوژی آن زمان قابل تولید مجدد نبوده است. از 1600 تا 1200 قبل از میلاد در خاورمیانه بطور روز افزون از آین فلز استفاده می‌شد، اما جایگزین کابرد برنز در آن زمان نشد.

تبر آهنی متعلق به عصر آهن سوئد در گاتلند سوئد یافت شده است. از قرن 10 تا 12 در خاورمیانه یک جابجایی سریع در تبدیل ابزار و سلاحهای برنزی به آهنی صورت گرفت. عامل مهم در این جابجائی ، آغاز ناگهانی تکنولوژیهای پیشرفته کار با آهن 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 عصر آهن را بوجود آورد.

همزمان با جایگزینی آهن به جای برنز ، فرآیند کربوریزاسیون کشف شد که بوسیله آن به آهن موجود در آن زمان ، کربن اضافه می‌کردند. آهن 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 وم حتوی کربن را اکسیده می‌کردند تا بدین طریق آهن نرم تولید کنند.

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 نیز اولین بار از آهن شهاب سنگی استفاده شد و اولین شواهد باستان شناسی برای اقلام ساخته شده با آهن نرم در شمال شرقی نزدیک Xinjiang مربوط به قرن 8 قبل از میلاد بدست آمده است. این وسایل از آهن نرم و با همان روش خاورمیانه و اروپا ساخته شده بودند و گمان می‌رفت که برای مردم غیر چینی هم ارسال می‌کردند.

در سالهای آخر پادشاهی سلسله ژو ( حدود 550 قبل از میلاد) به سبب پیشرفت زیاد تکنولوژی کوره ، قابلیت تولید آهن جدیدی بوجود آمد. ساخت کوره‌های بلندی که توانایی حرارتهای بالای k 1300 را داشت، موجب تولید آهن خام یا چدن توسط چینِی‌ها شد. اگر سنگ معدن آهن را با کربن k 1470-1420 حرارت دهیم، مایع مذابی بدست می‌آید که آلیاژی با 5/96% آهن و 5/53% کربن است. این محصول محکم را می‌توان به شکلهای ریز و ظریفی در آورد. اما برای استفاده ، بسیار شکننده می‌باشند، مگر آنکه بیشتر کربن آنرا از بین ببرند.

از زمان سلسله ژو به بعد اکثر تولیدات آهن در چین به شکل چدن است. با این همه آهن بعنوان یک محصول عادی که برای صدها سال مورد استفاده کشاورزان قرار گرفته است، باقی ماند و تا زمان سلسله شین ( حدود 221 قبل از میلاد ) عظمت چین را واقعا" تحت تاثیر قرار نداد.

دانشمندان می‌پندارند 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 آغاز برای ذوب آهن از زغال چوب هم بعنوان منبع حرارتی و هم عامل کاهنده استفاده می‌شد. در قرن 18 در انگلستان تامین کنندگان چوب کم شدند و از زغال سنگ که یک سوخت فسیلی است، بعنوان منبع جانشین استفاده شد. این نوآوری بوسیلـــه Abraham Darby انرژی لازم برای انقلاب صنعتی را تامین نمود.
پیدایـــــــش
آهن یکی از رایج‌ترین عناصر زمین است که تقریبا" 5% پوسته زمین را تشکیل می‌دهد.
آهن 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" 2000 درجه سانتی‌گراد انجام می‌پذیرد.
در سال 2000 ، تقریبا" 1100 میلیون تن سنگ معدن آهن با رشد ارزش تجاری تقریبا" 25 میلیارد دلار آمریکا استخراج شد. درحالیکه استخراج سنگ معدن آهن در 48 کشور صورت می‌گیرد، چین ، برزیل ، استرالیا ، روسیه و هند با تولید 70% سنگ آهن جهان پنج کشور بزرگ تولید کنندگان آن به‌حساب می‌آیند. برای تولید تقریبا" 572 میلیون تن آهن خام 1100 میلیون تن سنگ آهن مورد نیاز است.
صنایع ذوب آهن
تاریخچه
انسان اولیه معلوم نیست چگونه و از کجا سنگ آهن را کشف ، ذوب و فلز آهن را بدست آورده است. اما از شواهد امر پیداست که از 2400 سال پیش و شاید هم بیشتر ، انسانهای اولیه آهن را شناخته اند. بنظر می‌رسد ابتدا شهاب‌های ثابت آسمانی که حاوی آهن و نیکل است، مورد استفاده انسانهای اولیه قرار گرفته باشد و اطلاق سنگ و فلز آسمانی به آهن توسط انسانهای اولیه موید همین امر است. بعدها سنگ آهن شناخته شد.
دید کلی
آهن عنصری است با حرف اتمی Fe ، وزن اتمی 56 ، چهارمین عنصر موجود در پوسته زمین از نظر فراوانی و میزان آن در پوسته زمین در حدود 5 درصد می‌باشد و سنگهائیکه بیشتر از 20 درصد آهن داشته باشند سنگ معدنی آهن اصطلاح می‌شوند.استخراج فلز آهن از سنگ آهن با یک عمل شیمیایی انجام می‌گیرد، باین معنی که سنگهای اکسیدی آهن بوسیله کربن ، احیا و عنصر آهن آزاد می‌شود. قرن ها زغال چوب بعنوان احیا کننده بکار می‌رفته، ولی از سال 1907، که نقطه عطفی در کار ذوب آهن پدید آمده، کک جای آنرا گرفت که بعنوان مهمترین سوخت کوره بلند نیز بکار می‌رود.
برای تحصیل یک تن آهن خام ، حدود 3- 5/1 تن سنگ آهن ، 1000-900 کیلوگرم کک و 6-5 تن هوا لازم است و سنگ آهک نیز بعنوان ماده گداز آور در کوره بلند بکار می‌رود. در ابتدا ذوب آهن در کوره‌های ابتدائی که از سنگ یا آجر ساخته می‌شد و از هوای دم برای جریان هوا استفاده می‌شد، انجام می‌گرفت و ارتفاع کوره نیز ، حداکثر به 10 متر می‌رسید.ولی امروزه با اختراع ماشین و وارد کردن هوای تحت فشار به کوره ، ارتفاع و قطر کوره افزایش یافته و کوره های بلند جدید از ورقه های آهنی که روی ستونهایی استوار گردیده و ارتفاع بدنه کوره به حدود 30 متر می‌رسد، ساخته شده است. بدین ترتیب ، پیشرفت صنعت و احتیاج روز افزون بشر به نوع بهتر آهن ، کوره‌های بلند جدید را بوجود آورده است.
سوخت کوره
سوخت‌ها ، در کوره بلند ، دو عمل را انجام می‌دهند: عمل ایجاد گرما و عمل احیا کنندگی و به دو دسته عمده طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌شوند. بعضی از سوخت‌های طبیعی از قبیل زغال سنگ آنتراسیت و زغال سنگ قیری و لینیت ، بیشتر جنبه تاریخی دارند تا جنبه اقتصادی و از سوخت های مصنوعی که زغال چوب و کک می‌باشند، کک اهمیت زیادی داشته و در اکثر کارخانه ها بکار می‌رود.
مزایای کک عبارت از تخلخل ، سختی ، فراوانی ، قابلیت احتراق بیشتر و ارزانی آن می‌باشد. برای تهیه کک باید چند نوع زغال سنگ را که مواد فرار موجود در آنها متفاوت می‌باشد، با یکدیگر مخلوط و در کوره‌های مخصوص به کک تبدیل نمود. این عمل را کربنیزاسیون می‌نامند. ترکیب شیمیایی کک عبارت است از 94-85 درصد کربن و بقیه شامل مواد فرار ، خاکستر ، گوگرد و رطوبت می‌باشد.
هوای لازم برای احتراق و ایجاد حرارت
همانطور که قبلا گفته شد، برای تحصیل یک تن آهن خام ، حدود 6-5 تن هوا لازم است که این هوا از مخلوط دو گاز اکسیژن و ازت به نسبت 1و 4 تشکیل شده است. در کوره‌های بلند جدید ، هوا بوسیله کمپرسورهای توربینی به داخل کوره دمیده می‌شوند. این توربین‌ها با بخار یا برق کار کرده و فشار دم بیشتر و یکنواختی تولید می‌کنند. همچنین جهت تهیه هوای دم بعضی از کوره های بلند ، کمپرسورهای گازی نیز بکار برده می‌شود.
در این ماشین ها ، گاز کوره‌های بلند همراه با هوا وارد ماشین شده و پس از متراکم شدن توسط جرقه الکتریکی آتش زده می‌شود و فشار حاصله باعث حرکت موتور کمپرسور می‌گردد.
مواد گداز آور
بعد از سنگ آهن و سوخت ، مواد گداز آور مهمترین ماده تشکیل دهنده بار کوره بلند می‌باشد. این مواد دو کار انجام می‌دهند:ذوب کردن ناخالصیهای موجود در سنگ آهن که نقطه ذوب آنها بالاتر از درجه حرارت معمولی کوره است.
بعضی از عناصر که همزمان با سنگ آهن احیا می‌شود یا در آهن حل و یا با آن ترکیب شده و جدا کردن آن ممکن نمی‌گردد، مواد گداز آور با این ناخالصی‌ها ، قبل از ترکیب با آهن ، ترکیب می‌گردند. نوع مواد گداز آور بستگی به ترکیب مواد متشکله بار کوره دارد.در صورتیکه سنگ آهن ، آهکی (قلیایی) باشد، ماده گداز آور باید اسیدی (مثل SiO2 سیلیس) باشد.در صورتیکه سنگ آهن ، سیلیسی (اسیدی) باشد، ماده گداز آور باید قلیایی (مثل سنگ آهک ، دولومیت و سنگهای فسفاته) باشد.در مواردیکه بخواهند سرباره خیلی سیال باشد، از مواد گدازآور خنثی از جمله فلوراسپار که دارای نقطه ذوب پایینی می‌باشند، استفاده می‌شود.
سرباره کوره بلند
سرباره ، عبارتست از ماده مذابی که بر اثر فعل و انفعال بین مواد گداز ، سنگ آهن ، سوخت و ناخالصی‌های اکسید موجود در فلز بوجود می‌آید و در اثر این فعل انفعالات ، ناخالصی‌هایی که نباید در چدن وجود داشته باشد، از آهن خام جدا می‌شود.
مواد متشکله اصلی سرباره عبارت است از: MgO , Al2O3 , SiO2 , CaO که جمعا 90 درصد سرباره را تشکیل می‌دهند. 10 درصد بقیه عبارتند از: CaS , MnS, MnO , FeO و غیره.
موارد کاربرد سرباره
سرباره برحسب ترکیب شیمیایی ، خواص فیزیکی و نحوه سرد کردن آن ، موارد کاربرد مختلفی پیدا می‌کند. سرباره را به سه شکل سرد می‌کنند و بر حسب نحوه سرد کردن به سه شکل در می‌آید:

سرباره سرد شده با هوا ، خرد و غربال شده و جهت مصارف زیر بکار می‌رود: بلوک‌های ستونی توخالی ، زیرسازی جاده ، ماسه شیشه‌ای جهت ساختن سرامیک ، زه‌کشی فاضلاب ، آسفالت بیندر و غیره.سرباره دانه دانه شده با آب ، جهت موارد زیر بکار برده می‌شود: سیمان ، عایق‌کاری ، زیرسازی جاده ، مصالح بتون ، بلوک‌های ساختمانی خاکریزی راه آهن و سایر خاکریزیها و غیره.سرباره سبک ، موارد کاربرد آن به قرار زیر است: مصالح ساختمانی بتونی ، مصالح ضد حریق ، فرش کف ها ، محصولات ساختمانی بصورت قطعات پیش‌ساخته بتونی از جمله تیورستون و غیره ، آجر ، کاشی‌های عایق صدا ، دیوارهای تیغه ای.
فراورده های تولید شده از آهن خام
چدن
هرگاه آهن خام را گداخته و در قالب هائی از ماسه یا فلز ریخته و سرد کنیم، چدن بدست می‌آید. در تبدیل آهن خام به چدن ، تصفیه دقیق و مخصوصی صورت نمی گیرد.
چدن چکش خوار
در صورتیکه روی چدن عملیاتی از قبیل اضافه کردن منیزیم و سیلیکات آهن ، بلوری شدن کربن و تبدیل به گره‌های گرافیت انجام گیرد، چدن چکش خوار بدست می‌آید که نسبت به چدن نرمتر بوده و مقاومت کششی بالا و مورد استفاده بیشتری دارد

آهن کار شده
هرگاه آهن خام را ذوب کرده و بگذاریم بصورت اسفنجی شکل در آید، ضمن آنکه ناخالصی‌های آن‌را از قبیل سیلیسیم ، منگنز و کربن بشکلی تصفیه می‌کنیم، آهن کار شده بدست می‌آید.

چدن سفید
کربن این چدن ، بصورت بلور سمانتیت (کربید آهن Fe3C) می‌باشد که از سرد شدن مذاب حاصل می‌شود. این ماده را می‌توان نرم کرد تا درجه شکنندگی آن کاهش یابد.

فولاد
آلیاژی است از آهن (چدن سفید) و کربن و سایر عناصر که از تصفیه دقیق آهن خام ضمن اختلاط با آهن قراضه بدست می‌آید.

آهن قراضه
به قراضه های فولاد ، آهن قراضه اطلاق می‌شود.
در ایران با 3 روش آهن و چدن تولید میکنند.

1- کوره بلند که در ذوب آهن استفاده میکنند.
در این روش سنگ آهن بهمراه کک و آهک مخلوط و داخل کوره بلند ریخته شده و از پایین
کوره چدن گرفته میشود.و آماده کارهای بعدی میشود.

2- روش احیای مستقیم
که در اکثر واحدهای فولاد سازی موجود است.

گندله توسط گاز تبدیل به آهن اسفنجی شده و برای کارهای بعدی آماده میباشد.
در این مرحله تقریبا بیشترین ارزش افزوده بدست میاید.

3- روش کوره قوس الکتریکی

در این روش از آهن قراضه برای تولید شمش آهن استفاده میشود.

4- روش چهارم که بسیار جدید میباشد و در امریکا و آلمان استفاده میگردد و تکنولوزی آن
به بسیاری از کشورها داده نشده - اینست که

مرحله گندله سازی حذف شده است. و بطور مستقیم از کنسانتره با گاز - آهن اسفنجی
تولید میشود که بسیار مقرون بصرفه میباشد.
استخراج آهن

نگاه اجمالی

امروزه یکی از اساسی‌ترین پایه‌های اقتصادی و اجتماعی کشورهایجهان راصنایع آهن و فولادتشکیل می‌دهدو این ، به سبب نیاز مبرمی است که انسان جهت پیشبرد مقاصد خود در زندگی دارد. بانگاه اجمالی به کارآیی این عنصر حیاتی ، می‌توان به نقش سازنده آن پی‌برد؛ زیراعلاوه بر کاربرد آن در امر 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.
تاریخچه

با توجه به کشف یک تبر آهنی متعلق به 3000 سال پیش از میلاد درداخل یکی از قبرهای سومریان واقع در شهر اور که در جنوب بین‌النهرین قرار داشت،نشان می‌دهد که استفاده ازآهن توسط انسان از حدود 3000 سال پیش از میلاد مسیح آغاز و عمدتاً در کشورهای مصر ،آشور ، چین و هندوستان رواج داشت. در آغاز انسان از آهن طبیعی که به‌صورتسنگ معدن آهنبا درجات خلوص متفاوت بدستمی‌آمد، استفاده می‌کرد.

با این حال ، نظر دیگری وجود دارد که انسانهای آنروزگاران از شهاب سنگ‌ها به‌عنوان آهن خالص‌تر استفاده می‌کردند. استفاده از آهنخالص درحدود 1300 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.
سیر تحولی و رشد

روند استخراج آهن از ترکیبهای طبیعی آهن به مرور زمان ،راه تکامل می‌پیمود تا اینکه نخستین کوره استخراج آهن به سبک امروزی که بهکورهکانالانیمعروف بود، نوآوری شد. این کوره دارای آتش‌دانی به ابعاد 75×60×60سانتی‌متر بود. سیر تکاملی این روند به آنجایی رسید که امروزه ، کارخانه‌های عظیماستخراج و ذوب آهن و فولاد با ظرفیت چندین میلیون تن به وجود آمده است.
سنگ معدن‌های آهن

سنگ معدن‌هایی کهآهن از آن استخراج می‌شود، بیشتر به‌صورت اکسیدهای آهن ، مانند مگنتیت یا هماتیت است کهبا 2 تا 20 درصد ناخالصی (نظیر سیلیکات‌ها و آلومینات‌ها) همراه است. اینناخالصی‌ها در کوره از آهن جدا شده به‌صورت تفاله خارج می‌شوند. سنگ معدن تصفیه شدهو تغلیظ شده به‌صورت پودر یا دانه‌های ریز در کوره وارد می‌شود. مناسب‌ترین اندازهذرات آن بین 6 تا 25 میلی‌متر است. یادآوری می‌شود که امروزه از سولفید طبیعی آهن (پیریت) در استخراج آهن استفاده نمی‌شود، بلکه مصرف عمده آن دراسید سولفوریک سازی است.
فرآیند‌های اولیه استخراج آهن

استخراج آهن از سنگ معدن‌های آن طیفرایند‌های فیزیکی و مکانیکی و شیمیایی تحت شرایط ویژه ای صورت می‌گیرد.

درمرحله آغازی ، سنگ معدن باید طی چندین مرحله از عملیات از جمله : خرد کردن ، آسیابکردن ، سرند کردن ، شستشو ، استفاده از جدا کننده مغناطیسی و یا به روش فلوتاسیونتغلیظ شود. محلول غلیظ شده معمولاً دارای 60 تا 65 درصد آهن ، 8 تا 12 درصد سیلیسمی‌باشد. پس از تلغیظ سنگ معدن آن را باید به اندازه‌هایی به ابعاد 6 تا 25میلی‌متر که مناسب برای تغذیه کوره‌های وزشی است، تبدیل کرد که این عمل را اصطلاحاًآگلومریزه شدنمی‌نامند.

استخراج آهن از سنگ معدنهای آن عمدتاً بااستفاده از کوره‌های وزشی صورت می‌گیرد که در حقیقت یک رآکتور بزرگ شیمیایی است کهدر آن مخلوطی از سنگ آهک ، سنگ معدن آهن و زغال کک گرما داده می‌شود.
مواد اولیه مورد نیاز استخراج آهن

سنگ معدن آهن

در مجاورت ذغال بر اثر گرما در کوره احیا می‌شود و سپس براثر جریانی از گازهای احیا کننده داغ که ازسوختن کک در هوای گرم پایین کوره تولید می‌شود و در جهت عکس مسیرآهن حرکت می‌کند، ذوب می‌شود. آهن مذاب و تفاله حاصل از سنگ معدن به ازای هر دو تا چهارساعت از آتشدانکوره تخلیه می‌شود. اگر مواد اولیه بطور پیوسته از بالای کوره وارد شود، در این صورت ،کوره می‌تواند بطور پیوسته کار کند. محصول کوره وزشی همانچدن است که برای تبدیل آن به دیگر مشتقات آهن ، بویژهفولاد ، باید در آن تغییراتی داد.
زغال کک

مشخصات ساختاری آن عبارت است از : کربن ثابت 85 تا 90 درصد ،خاکستر 5 تا 13 درصد ، رطوبت تا 8 درصد ، مواد فرّار 1.6 تا 11 درصد ، وگوگرد 0.5 تا 1.2 درصد. نقش کک در فرآیندکوره‌های وزشیتولید گازهای احیا کننده استو در اثر سوختن در پایین کوره انجام می‌پذیرد و مقاومت مکانیکی آن نیز در عمل مهماست. اندازه کک مورد مصرف ، باید بین 1.5 تا 75 میلی‌متر باشد.

سنگ آهک

به منظور کمک کردن ذوب و پایین آوردن دمای ذوب ناخالصی‌ها به سنگمعدن افزوده می‌شود. نسبت تشکیل دهنده‌های بازی در مخلوط یعنی (CaO) و (MgO) بهتشکیل دهنده‌های اسیدی یعنی (SiO2) باید در حد ثابتی حفظ شود تاتفاله‌های کف مانند و سبک (سیلیکات‌های کاسیم و منیزیم ) بطور کامل تشکیل شود وسایر ناخالصی‌های همراه با خود را از آهن جدا کند. برای این منظور ، سنگ آهک ودولومیت بکار گرفته می‌شود.

گاهی برای کنترل ترکیب تفاله‌های جاری ، مقداریسیلیکات نیز بدان اضافه می‌شود. مناسب‌ترین اندازه این دسته از مواد برای کوره‌هایوزشی بین 70 تا 75 میلیمتر است.

واکنش‌های کوره استخراج آهن

پس از اینکه کک در قسمت پایین کوره بارگیریشده ، آن را تا حدودگرم می‌کنند تا براثر وزش هوای گرم شروع به سوختن کرده ،دما را در دهانه قسمت سوخت کوره تاافزایش دهد. دی‌اکسید کربن حاصل در این دما ناپایدار بوده ، بوسیله کک موجود در محیط بهمنوکسید کربنتبدیل می‌شود. بخار آبهمراه با هوای داغ در واکنش با ککنیز خود تولید منوکسید کربن می‌کند.

واکنش‌های انجام شده در دهانه سوخت که در حد بین مخزن سوخت و سنگ معدن آهن قرار دارد، درقسمت بالاتر کوره کهدما زیراست،اکسیدهای آهن بوسیله منوکسید کربن وهیدروژن حاصلاحیا می‌شوند. در قسمت بالاتر کوره وقتی که دما بهتارسید، سنگ آهک نیزتجزیه می‌شود. در قسمت پایین کوره دربالاتر ازاکسیدهای آهنبوسیله کربن احیا شده ، دی‌اکسید کربن حاصل بطور همزمان با کک واکنش داده و بهمنوکسید کربن تبدیل می‌شود.

این احیا بهاحیای مستقیممعروف است کهنیازی به انرژی زیاد دارد. بیشتر گوگرد که همراه کک وارد کوره می‌شود، در داخل آنبهتبدیلمی‌شود. حاصلباترکیب شدهآنها را بهتبدیل می کند. حاصل ضمن واکنش ،آهن آزاد می‌کند. میزان و چگونگی حذفگوگرد به دمای تفاله و نسبتبستگی دارد.
احیای مستقیم

احیایی است که در آن ، سنگ معدن آهن ، بوسیله عوامل احیاکنندهجامد یاگازی احیا می‌شود. با توجه به مقدارکربن موجود در آهن ، این عنصر به‌صورت دو نوع محصول آهن یعنیچدن وفولاد عرضه می‌شود. بخش آماده سازي زغال: اين بخش شامل چهار بخش انبار روباز و مسقف زغال، خرد كن، سيلو و آسياب مخلوط كن و سيستم فشرده سازي زغال مي باشد.1- انبار زغالها:زغالهاي مورد نياز جهت كك سازي پس از حمل توسط واگن و كاميون با توجه به آناليز و معدن در 3 انبار براي 21 روز ذخيره مي گردد كه با توجه به درصد آن پس از مخلوط شدن در كوره هاي كك سازي قرار داده مي شود. زغالها با توجه به برنامه زمانبندي توسط قيف روي نوار نقاله ريخته شده و به خرد كن ارسال مي گردد.
جهت كاستن از آلاينده هاي معلق در هوا از سيستم اسپريهاي آب پاش در طول مسير استفاده گرديده است تا حركت مواد بر روي نوار نقاله ها باعث ايجاد آلاينده هاي معلق در هوا نگردد.2- سيستم خرد كن زغال:سيستم خردايش زغال سنگ توسط دو آسياب چكشي كار مي كند تا زغالها را به دانه بندي 300 ميكرون رسانده و براي ذخيره نهايي به سيلوها ارسال مي نمايد. دانه بندي زغالها در اين مرحله چند بار كنترل مي شود تا در صورت بزرگتر بودن دوباره به داخل سيستم برگردانده شود.3- سيلوهاي زغال:هر نوع زغال در سيلوهاي جداگانه اي ذخيره مي گردد. زغالها بر اساس آناليز و برنامه زمانبندي توسط دستگاهاي اندازه گيري روي نوار نقاله ريخته شده به آسياب زغال جهت مخلوط ارسال مي گردد. قبل از ورود زغال به مخلوط كن مقدار كمي آب روي زغال ريخته مي شود تا چسبندگي خود را حفظ نمايد.4- سيستم فشرده سازي زغالها:مهمترين نقش اين سيستم ساختن كيك زغال جهت قرار دادن در كوره هاي كك سازي مي باشد. زغالها پس از مخلوط شدن در بونكرهاي اين سيستم قرار داده شده و درون ماشين فشرده سازي زغال ريخته مي شوند. پس از فشره سازي زغالها، كك توليدي توسط يك كفي در ماشين حمل كك قرار گرفته و طبق برنامه زمابندي به سلول مورد نظر انتقال داده مي شود.دانه بندی مواد
انجام فعالیت ایراتیستی و ماشینیستی آگلومراسیون ذوب آهن اصفهان
سرند و پروسه دانه بندی کک ، سنگ آهن ، پوسته های اکسیدی به منظور آماده سازی برای خوراک کوره بلند و واحد آگلو مراسیون

اهمیت دانه بندی مواد :
یکی از مهمترین فاکتورهایی که در افزایش کیفیت تولیدات نهایی نقش دارد دانه بندی و جدایش مواد است . دانه بندی و جدایش مواد میتواند نسبت به اندازه ، شکل ظاهری یا حجم و دانسیته مواد باشد .

تاثیری که یکپارچگی خواص ظاهری در کیفیت تولید نهایی دارد عاملی است که صنایع مطرح دنیا را به سمت استفاده هر بهتر از صنعت دانه بندی سوق میدهد.

صنعت دانه بندی و جدایش مواد در صنایع مختلف مانند صنایع شیمیایی ، داروسازی ، نفت و پتروشیمی ، فولاد ، مواد معدنی ، مواد ساختمانی ، آسفالت ، صنایع غذایی، لوازم بهداشتی و آرایشی ،سیمان ،گچ و سنگ و..... مورد استفاده قرار میگیرد.

در صنعت فولاد نقش دانه بندی مواد شارژ شده به کوره بسیار مهم بوده و تاثیر مستقیم و پر رنگی در کیفیت تولید فولاد و افزایش بهره وری در تولید دارد. برای تولید بهینه و مطلوب فولاد ،مواد شارژ شده به کوره بلند باید دارای دانه بندی مناسبی باشد برای مثال اگر سنگ آهن بااندازه زیر 10 میلی متر در کوره بلند شارژشود گازهای حاصل از احتراق نمی توانند برای عملیات احیا بطور یکنواخت از بین ذرات عبور کنند و عبور گاز کانالی میشود در نتیجه قسمتهایی از مواد شارژی احیا و قسمتهایی احیا نمی گردند.

یا اگر ذرات بالای 70 میلی متر به بالا داخل کوره بلند وارد گردند قابلیت احیا سنگ آهن کاهش می یابد . همچنین حجم و اندازه کک نیز در فرایند تولیدفولاد بسیار مهم است.

آگلو مراسیون :
برای استفاده و کاربردی کردن سنگ آهن و کک ریز دانه و به منظور ایجاد ترکیب شیمیایی مناسب در کوره آنها را به همراه مواد مفید دیگر ی با حرارت به هم دیگر زینتر کرده تا ترکیبی مناسب با دانه بندی مطلوب برای خوراک کوره بلند ایجاد گردد که به این فرایند آگلومراسیون گفته میشود.
روشهای مختلفی برای آگلومراسیون وجود دارد که روش کلوخه سازی در ذوب آهن اصفهان مورد استفاده قرار میگیرد.

مواد اولیه برای زینتر سازی sintering :

الف ) مواد آهن دار
1- کانه آهن (سنگ آهنهای زیر 10 میلی متر)
2- پوسته های اکسیدی (هنگام نورد کردن شمشهای فولاد قسمت سطح آن در تماس با اکسیژن هوا و آب میباشد در نتیجه سطح فولاد اکسید شده و بصورت پوسته پوسته از شمش جدا میگردد این پوسته ها شامل 70 درصد آهن میباشد که پس از سرند شدن و دانه بندی به عنوان یکی از مواد مورد استفاده در آگلومراسیون کاربرد دارد )

ب ) گرد و غبار کوره بلند (حدود یک درصد شارژ زینتر سازی را گرد و غبار کوره بلند تشکیل میدهد)

ج ) لجن صنعتی (مواد آهن داری که از شستشوی دستگاهها و یا غبارگیری بصورت مرطوب بدست میآیند لجن صنعتی نامیده میشود که حدود هفت صدم درصد از کل شارژ زینتر سازی را تشکیل میدهد)

د ) سنگ منگنز (یکی از کاربردهای منگنز حذف گوگرد مضر در کوره می باشد گوگرد به صورت Mns وارد سرباره میشود و از تشکیل فاز Fes که دارای نقطه ذوب پایین بوده وسبب ایجاد شکنندگی در فولاد میشود جلوگیری مینماید)

ه ) سنگ آهک و مواد کمک ذوب (سنگ آهک برای کاهش گوگرد و جلوگیری از بوجود آمدن فاز مضر فایالیت Fesio3 در کوره مورد مصرف قرار می گیرد و مواد کمک ذوب برای کاهش بازیسیته و نزدیک شدن محلول جامد به نقطه یوتکتیک مورد استفاده قرار می گیرد.)

و ) سوخت جامد (خورده کک به اندازه های 0-5 میلی متر که 5 تا 7 درصد مواد زینتر را تشکیل میدهد.)

ز ) مواد برگشتی از زینتر سازی

مخلوط کردن و آماده سازی مواد :
مواد اولیه به وسیله نوار نقاله به دو میکسر (مخلوط کننده) فرستاده می شوند و در آنجا ضمن مخلوط و هموژن کردن رطوبت زده می شود.

شارژ کردن مواد به ماشین زینتر سازی و مشتعل کردن :
ابتدا قشری از مواد برگشتی زینتر سازی را به نام زیر بستر در سطح زنجیر های زینتر سازی پهن می کنند و سپس مواد هموژن شده با حداقل فشردگی روی آن قرار می گیرند سپس سطح بوسیله محترق کننده ای مشتعل می شود تا کربن موجود در آن به نقطه اشتغال برسد و ایجاد یک جبهه احتراق در ماده زینتر ایجاد میکندکه سبب تولید محصولی متخلخل و با دانه بندی مناسب برای کوره بلند می گردد.

کک :
کک ار زغال سنگ بدست می آید و در اثر تقطیر در سلول های مخصوص کک سازی در دمای 1000 تا 1100 درجه سانتیگراد تهیه می شود.

بطور کلی نقش کک در فرآیند تولید آهن و فولاد عبارت است از :
1- احیاء کردن سنگ آهن
2- تأمین کننده حرارت
2-1 ذوب کردن آهن
2-2 در فرایند فولاد سازی کربن حل شده در چدن خام می سوزد و چدن به فولاد تبدیل می شود.

خصوصیات شیمیایی کک :
1- کربن C ....................................96.5 – 97.5
2- هیدروژن H ....................................0.8 - 0.5
3- اکسیژن o ....................................0.3 – 0.4
4- نیتروژن و گوگرد...................................خی� �ی کم
5- مواد فرار ...........................................0.7 -1.1
6- خاکستر

دانه بندی کک :
کک استحصال شده از واحد کک سازی و کک وارداتی به منظور دانه بندی به محوطه مخصوص سرند ها وارد می شود و توسط دو دستگاه سرند ویبراتوری که هریک مجهز به یک فیدر و سه نوار نقاله می باشند به دانه بندی مورد استفاده برای کوره و استفاده در واحد آگلومراسیون تفکیک می شوند.

خصوصیات فیزیکی کک : (اندازه های دانه بندی)
1- استفاده در آگلومراسیون ............................... 0 - 5 میلی متر
2- استفاده صنعتی........................................ .. 5 – 15 میلی متر
3- بارگیری به منظور صادرات................................ 15 -25 میلی متر
4- استفاده در کوره بلند ....................................25 – 80 میلی متر
5- جهت خرد شدن .........................................80 میلی متر به بالا

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

کانیهای آهن :
کانیهای آهن به چهار دسته تقسیم 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 72% آهن و هماتیت Fe2O3 با 70% آهن می باشد که در حال حاضر از معادن چغارت قابل استحصال می باشد.
اندازه و نوع دانه بندی سنگ آهن مورد استفاده در کوره بلند برای استحصال فولاد با کیفیت مطلوب بسیار مهم است.برای احیاء کامل سنگ آهن باید حداقل اندازه دانه سنگ آهن مصرفی در کوره بلند 10 میلی متر باشد.

روزانه 2000 تن سنگ آهن در سایت مخصوص توسط سه دستگاه سرند ویبراتوری دانه بندی و برای بخش های آگلومراسیون و کوره بلند ارسال می گردد . ستشوی زغال به دلیل ماهیت وپیچیدگی خاص خود، با فرآوری دیگر مواد معدنی بسیار متفاوت است ونه تنها در مراحل شناسایی وتعیین هویت، بلکه در به کار گیری روشهای مختلف شستشو وطراحی فلوشیتهای زغال شویی نیز نمی توان از روشهای موجود فرآوری در مورد سایر مواد معدنی ، استفاه کرد. به همین دلیل باید روش های مخصوص شستشوی زغال سنگ را مورد بررسی قرار دهد تا بتوان بهترین نتیجه را به دست آورد در مورد شستشوی زغالسنگ در معادن زرند نیز متخصصین امر بعد از مطالعات فراوان ،روشهایی را برای شستن زغال سنگ در معادن برگزیدند. که جهت آگاهی از ان روش ها ا قدام به تهیه مطلبی هر چند کوتاه گردید .که به شرح ذیل می باشد.
یکی از مهمترین اهداف شستشوی زغالسنگ، بهبود کیفیت زغال در تهیه کک متالوژی به منظور تولید فولاد است. در تهیه کک متالوژی، شستشو زغال جایگاه ویژه ای دارد. به عنوان مثال وجود خاکستر وعناصر مضر مشکلات زیر را پدید می آورد.
·خاکستر موجود در زغالسنگ مصرف مواد را بیش از حد افزایش می دهد.
·با افزایش یک درصد خاکستر زغال کک شو ، تولید فولاد به میزان قابل توجهی کاهش می یابد
·خاکستر زیاد حجم سر باره را افزایش می دهد.
·اکسایش کک افزایش می یابد.
·حساسیت وکار آیی کوره کاهش می یابد.
·وجود گوگرد بیش از حد استاندارد،باعث تردی وشکنندگی آهن می شود وخوردگی فولاد را نیز افزایش می دهد.
بنابر این تهیه کک متالوژی با

میدانید آهن چگونه بدست می آید

مطالب مشابه :

گزارش برنامه دریاچه دم اسب-14/4/92

شرکت هم نوردان در همایش محیط زیستی به مناسبت روز جهانی تالابها

تمرین فنی-پشت مله22/1/93

گزارش برنامه قله خامین7-9/1/93

تمرین فنی-پشت مله29/1/93

گزارش برنامه کوه بمو - 1/10/91

میدانید آهن چگونه بدست می آید

غار چاه قلعه بندر(فهندژ)شیراز23/1/92

افتتاح اولین موزه کوهنوردایران21/2/93

صعود جامعه پزشکی به بل 24/7/92