تاريخچه فولاد سازي
مقدمه
فولاد نوعي آهن است كه بيشتر ناخالصي هاي آن جدا شده است . آهن عنصري
،فلزي مستحكم، سخت ،سنگين و به رنگ خاكستري است. اين ماده در شهاب سنگ ها يافت مي
گردد. همچنين آهن در تركيب با بسياري از كاني ها در پوسته زمين پيدا مي شود. آهن به
آساني زنگ مي زند و مي توان آن را مغناطيسي ساخت وبه شدت جذب آهنربا نمود. از اين
ماده جهت ساختن بسياري از سازه ها استفاده مي گردد. فولاد (آهن ذوب شده) با
گرماي شديد و آميختن آن با كربن (آلياژ) درست مي شود . از فولاد براي ساختن ماشين
آلات ، اتو مبيل ، ابزار آلات و ديگر مصنوعات استفاده مي گردد.
تاريخ ذوب آهن و آهن كاري به درازاي خود تاريخ است . باستان شناسان
در مصر ابزارهايي آهني يافتند كه تاريخ ساخت آنها به 3000 سال پيش از ميلاد مسيح بر
مي گردد، و زيور آلات آهني حتي پيش از اين تاريخ نيز به كار مي رفت . اسلحه هاي آهنين
ساخته شده به وسيله تيمار گرمايي براي يونانيان در 1000
سال پيش از ميلاد امري شناخته شده بود.
آهن ورزيده (چكش خوار)
وسايل آهني اوليه و آنهايي كه تا سده ي چهاردهم ساخته مي شد تحت
عنوان آهن ورزيده رده بندي مي گردد. آنها را با گرما دادن توده هاي سنگ معدن آهن و
زغال چوب در كوره ي آهنگري يا كوره هاي آهن داراي تهويه مصنوعي توليد مي كردند. تحت
اين تيمار ، سنگ معدن احيا و اسفنجي از آهن فلز و لجني (سر باره اي ) حاوي نا خالصي
هاي فلزي و خاكستر چوب تبديل مي شد . اين اسفنج آهني را از كوره بيرون مي آورند در
حالي كه هنوز گداخته و ملتهب بود و آن را با پتك هاي سنگين مي كوبيدند تا سرباره و
جوش از آن خارج شود و به آهن جامد تبديل شود.
آهني كه تحت اين شرايط توليد مي شد حاوي 3 درصد ذرات سرباره و 1/0
درصد ديگر ناخالصي ها بود . گاه اين تكنيك آهن سازي بر حسب تصادف به جاي آهن چكش
خوار فولاد واقعي به دست مي داد.
آهنگران آموخته اند كه با گرما دادن آهن چكش خوار و ذغال چوب در بوته هاي سفالين به
مدت چندين روز فولاد به دست آورنده طي اين فرايند آهن كربن كافي جذب مي كرد تا به
فولاد واقعي تبديل گردد.
آهن لخته (خام يا شمش)
پس از سده چهار دهم اندازه كوره هايي كه براي ذوب آهن به كار مي رفت
افزايش يافت ، و از كشش اضافي براي بافشار وارد كردن گازهاي حاصل از احتراق به
درون((بار)) كوره حاوي آميزه ي مواد خام استفاده مي شد .در اين كوره هاي وسيع تر
،سنگ آهن در بخش بالايي كوره نخست به آهن فلزي تبديل مي شد و سپس به علت گازهايي كه
با فشار وارد آن مي شد با كربن بيشتري آميخته مي گرديد. ابزارهاي اوليه آهني كه تا
سده ي چهاردهم ساخته مي شد تحت نام آهن چكش خوار دسته بندي مي گردد. فراورده هاي
اين كوره ها آهن لخته بود ، آلياژي كه در دماي پايين تري نسبت به آهن چكش خوار ذوب
مي شود. آهن لخته (چدن خام) (بدان علت به اين اسم نامگذاري شده كه معمولا آن را در
شمش هاي كوتاه وپهن كه تحت عنوان قالب فلزي يا بلوك ناميده مي شود مي ساختند) وسپس
تصفيه ي بيشتري روي آن انجام مي شد تا به فولاد تبديل شود.
دم و كوره هاي الكتريكي
امروزه براي ذوب آهن از كوره هاي دم دار استفاده مي شود كه در واقع
نوع بهبود يافته كوره هايي است كه آهنگران قديم براي تهيه ي آهن به كار مي بردند.
فرايند تصفيه آهن گداخته به كمك جريان هوا به وسيله مخترعي انگليسي به نام سر هنري
بسمر تكميل گرديد كه كوره بسمر يا كونورتور (كوره مخصوص توليد فولاد) را در سال
1855 اختراع كرد.
چگونه فولاد مي سازيم
كارخانه هاي فولاد از چهار واحد اوليه ي يكپارچه درست شده است شامل:
·
احياي مستقيم
·
كوره ي قوس الكترونيكي
·
ريخته گري پيوسته (متوالي)
·
كارخانه نورد
هر يك از واحد ها واحد بعدي را تغذيه مي كند.
كارخانه احياي مستقيم با استفاده از ساچمه هاي سنگ معدن آهن جامد
توليد مي كنند.
اولي گاز طبيعي را به هيدروژن و مونوكسيد كربن تبديل مي كند . اين
گازها اكسيژن را از سنگ معدن گرم شده در كوره مي زدايند و سنگ آهن را به آهن فلزي
تبديل مي كنند.گاز/آب خنك كننده در بخش پايين كوره جريان مي يابد و آهن را سرد مي
كند.
طي اين فرايند چيزي توليد مي شود كه آهن مستقيما احيا شده نام دارد (DRI) واين ماده به درون كوره قوس الكتريكي تغذيه مي گردد.
كوره قوس الكتريكي (EAF)
EAF براي ساختن فولاد گداخته از
DRI به كار مي رود.كوره، همراه با سقف آن به يك سو چرخانده مي شود، وبا قراضه بار گيري مي
شود.
قوس جريان الكتريكي توانمندي بين الكترودها و بار كوره به جهش در مي
آيد. اين عمل گرماي شديدي پديد مي آورد كه بار را ذوب وباعث پيشرفت آن دسته از
واكنش هاي شيميايي مي شود كه به توليد فولاد مي انجامد.
در پايان فرايند تصفيه ،كارگران جريان برق كوره الكتريكي را قطع مي
كنند . سپس كوره را كج مي كنند ،كوره اي كه بر روي اهرم هاي نوسان كننده اي نصب شده
، تا سرباره بيرون ريزد.
پس از بيرون ريختن سرباره ،كوره ي الكتريكي به سوي ديگر خم مي شود .
فولاد مايع از دهانه بارگيري خارج مي شود ودر پاتيل يا كفچه گرد آوري مي گردد.
ريخته گري پيوسته (CC)
فولاد گداخته ي توليد شده در كوره الكتريكي به درون واحد قالب گيري
(ريخته گري) وارد مي گردد،كه آهن گداخته(گدازه)را به شكل شمش در مي آورد. فولاد از
درون قالبي با شكل ويژه جاري مي شود آب سرد به سرعت فولاد را سرد مي كند ،و باعثمي
شود كه به هنگام عبور از ميان غلتك هاي مخصوص سخت شود.
فولاد گداخته توليد شده در كوره ي الكتريكي به درون واحد ريخته گري
پيوسته سرازير مي شود كه فولاد گداخته را به شمش تبديل مي نمايد.
دستگاه نورد
اين واحد ديگري است كه فولاد گداخته را شكل مي دهد . توليد مفتول هاي
فولادي در دستگاه نوردي انجام مي گيرد. دستگاه نورد غلتك هايي دارد كه طوري شيار
يافته اند كه بتوانند شمش داغ را به اشكال مقطع گرد، بيضوي، مربع يا شش گوشه در
آورند