در این مقاله به بررسی در مورد آهن و روشهای استخراج آهن و انواع و روش های تولید آهن و معرفی انواع کوره های آن میپردازیم با ما همراه باشید
در این مقاله به بررسی در مورد آهن و روشهای استخراج آهن و انواع و روش های تولید آهن و معرفی انواع کوره های آن میپردازیم با ما همراه باشید
مشاهده این مطلب » جدا سازی ناخالصی ها از آهن
مرحله استخراج اهن از ترکیبهای طبیعی آهن به مرور زمان ،راه تکامل را پیمود تا اینکه اولین کوره استخراج آهن 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 به چهارقسمت دسته بندی می شوند.
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
سنگ آهن به دو روش عمده ی
احیا می شود.
اصول اساسی احیای اکسیدهای آهن به وسیله کربن به عنوان ماده احیاکننده و گرمازا، از زمان های قدیم تاکنون تغییر نکرده است.
در دو دهه اخیر ده ها روش برای احیای کانی های آهن بر اساس کاربرد گاز طبیعی به عنوان عامل احیاکننده و گرمازا، ابداع شده است.
که از نقطه نظر اصول و تکنولوژی با روش های سنتی تفاوت عمده دارد.
در اثر احتراق کربن با اکسیژن آهن و یا هوا، اکسید کربن، گاز کربنیک و یا ترکیبی از این دو گاز تولید و حرارت نیز ایجاد می شود.
گاز کربنیک خود در اثر تماس با کربن در درجه حرارت بالا، سوخته و به اکسید کربن تبدیل می شود.
سنگ های آهن از جمله هماتیت و یا مگنتیت، در صورت تماس با اکسید کربن در دمای نسبتاً بالا، احیاء و آهن فلزی تولید می شود.
البته کربن به تنهایی نیز می تواند باعث احیای اکسیدهای آهن شود.
همان طور که اشاره شد احیای اکسیدهای آهن با کربن، نیاز به حرارت نسبتاً بالایی دارد که باید با سوختن زغال و غیره تامین شود.
مشاهده این مطلب » قیمت آهن در مشهد
در احیای مستقیم، آهن اسفنجی با استفاده از دو منبع انرژی عمده تولید می شود:
استفاده از زغال سنگ
استفاده از گاز طبیعی
احیای مستقیم با گاز در کشورهایی که دارای منابع گاز طبیعی هستند (مانند ایران) باعث می شود
که بتوان با سرعت بیشتر و هزینه کمتر سنگ آهن را به آهن خام تبدیل کرد.
در کل گرایش به احیاء توسط گاز بیشتر است.
از سوی دیگر توجیه اقتصادی استخراج از معادن زغال سنگ در حال کاهش است.
همچنین تولید آهن اسفنجی به کمک زغال سنگ سهم زیادی در آلودگی محیط زیست و انتشار گازهای گلخانه ای دارد.
.واکنشهای این مراحل عبارتند از:
در ناحیه پایینتری از کوره که داغتر است به کاهیده می شود:
در داغترین ناحیه کاهش به آهن فلزی صورت می گیرد:
مشاهده این مطلب »خرید آهن در مشهد
در فرایند استخراج , تصفیه و ذوب مجدد , معمولاً راههائی وجود دارد که بسته به نوع کار طراحی می شوند و در این کوره ها عمل ذوب انجام می شود .
در این جهت می توان از کوره بلند (کوره ای که در آن اکسید آهن تبدیل به چدن می شود) ,
کنورتور که در آن چدن با دمش اکسیژن خالص به فولاد تبدیل می شود .
و کوره های دیگر بعنوان کوره های ذوب Melting نامیده می شود , در این درس بحث ما در روی کوره هائی که برای استخراج فلزات استفاده می شود.
دور نمی زند مثل کوره های استخراج آهن در اصفهان , استخراج مس در سرچشمه کرمان , استخراج سرب و روی در زنجان .
در این درس کوره هائی که مورد بررسی قرار می گیرند بیشتر کوره های مربوط به صنعت ریخته گری هستند .
یعنی کوره هائی که شوشه ها Pigs در آنها ذوب می شود و با تنظیم آنالیز آنها مذاب برای ریخته گری قطعات آماده می شود .
اصطلاحاً به این کوره ها , کوره های دوباره ذوب (Re-Melting Furnaces) می گویند , کوره هائی که در ریخته گری برای ذوب مجدد فلزات و آلیاژها استفاده می شوند
به ترتیب می توانیم به شرح زیر نام ببریم :
1) کوره های بوته ای Crucible Furnaces
2) کوره های تشعشعی Radiation or Reverberatory Furnaces
3) کوره های ایستاده (کوپل) Vertical Shaft (Couple)
4 ) کوره های برقی Electric Furnaces
5) کوره های با شعاع الکترونی Electron Furnaces
6) کوره های دیگر (استفاده از انرژیهای دیگر)
مشاهده این مطلب »فروش آهن در مشهد
همانطو که از نام آنها پیداست برای عمل ذوب از بوته استفاده می شود . انتقال حرارت در این کوره ها بیشتر از طریق هدایت به مواد موجود در داخل بوته می رود .
حرارت به سه طریق منتقل می شود :
جنس بوته ها :
از بوته های فولادی برای ذوب آلیاژها با نقطه ذوب کم و آلیاژهائی که میل ترکیبی زیادی نسبت به اکسیژن دارد
مثل آلیاژهای منیزیم که علاقه دارند اکسیژن مواد نسوز را بگیرند , استفاده می کنند .
فولادهای معمولی خوردگی بیشتری دارند و مذاب آلیاژهای مختلف در آن تدریجاً آن را می خورند (یعنی بدنه را در خود حل می کنند).
بوته از جنس مواد نسوز دوام بیشتری در برابر پوسته پوسته شدن یعنی اکسید شدن دارد .
آنالیز یک نوع فولاد نسوز عبارتست از 25% کرم و 20% نیکل و بقیه عناصر جزئی دیگر ,
از آلیاژهای دیگر نیز که قیمت آنها گران است بعنوان بوته می توان استفاده کرد ,
از جمله آلیاژ 50% کرم و 50% نیکل یا آلیاژ 50% کرم و 50% نیکل و کمی نیوبیوم Nb (که دوام و مقاومت خوبی دارد) .
بوته های گرافیتی :
همانطور که از نام این بوته ها پیداست , جنس این بوته ها از گرافیت می باشد .
کربن بی شکل :
این کربن شکل بلوری ندارد و به آن کربن آمولف نیز می گویند .
این کربن در اثر حرارت در مجاورت اکسیژن , می سوزد و خاکستر از آن باقی می ماند.
کربن بصورت گرافیت :
این نوع کربن بصورت بلوری (کریستالی) می باشد و بلوری آن طوری است که دارای صفحات لغزش است
و این صفحات می توانند روی هم براحتی بلغزند .
بهترین آنها گرافیت چرب نقره ای است .
این گرافیت ماده نسوز است و نقطه ذوبی در حدود بیش از 3000 درجه سانتیگراد دارد گرافیت راسب (رسوب یافته) شده
در حین انجماد در چدنهای خاکستری از این نوع است که از مذاب جدا شده .
کربن بصورت الماس
بلور این نوع کربن بصورت یک هشت وجهی است ولی رنگی و شفاف است و با سختی 10 موهس سخت ترین ماده در طبیعت می باشد .
بوته های گرافیتی بدلیل اینکه نقطه ذوب بالا داشته و گرافیت نیز علاوه بر نسوز بودن از انتقال حرارت زیادی نیز برخوردار است
هدایت خوبی داشته و حرارت را از جداره خود به داخل بوته هدایت می کند .
طرز ساخت بوته های گرافیتی
به این شکل است که گرافیت را همراه با کمی قیر و مواد چسبی آغشته کرده و با
فشار زیاد پرس می کنند سپس آن را در مدت زمان طولانی در محیط بسته ای دور از هوا می پزند
(دما در حدود 1600 درجه سانتیگراد) تا عمل تف جوشی (زینتر) روی آن انجام شود و به آرامی در کوره سرد می شود .
بوته های سیلیکون کارباید :
این نوع بوته ها از استحکام بیشتری برخوردارند و خود ماده سیلیکون کارباید در اثر حرارت , کمی منقبض و منبسط می شود .
یکی از بهترین موادی است که به شک حرارتی مقاوم است .
برای ذوب چدن بیشتر از بوته های سیلیکون کاربایدی استفاده می شود
چون چدن آلیاژیست از آهن- کربن- سیلسیم , پس کمتر علاقه دارد جداره را بخورد (خوردگی بازی یا اسیدی) .
بوته های شاموتی :
این بوته ها از خاک رس نسوز ساخته می شود .
از ریختن رس نسوز در اثر حرارت اصطلاحاً شاموت به دست می آید .
البته درجه نسوز بوته های شاموتی بستگی به درجه خلوص شاموت دارد .
بهترین ماده شاموت آن است که پس از پخت , مقدار فازهای مولیت در حداکثر خود قرار گیرد (1800 0C . 3Al2O3 . 2SiO2).
مولیت نسوزی است که تا دمای 1800 0C می تواند دوام بیاورد , در ضمن از نظر مقاومت مکانیکی در دمای بالا نیز خوب است .
در بوته های شاموتی آلیاژهای غیر آهنی و بندرت چدن ذوب می شود .
معمولاً دوام بوته های شاموتی تا دمای 1650 0C است .
انواع کوره های بوته ای : Crucible Furnaces
الف) کوره بوته ای چرخان)
1- چرخان حول تقریباً کمی بالاتر از مرکز ثقل
2- چرخان حول محور ناودانی کوره
ب) کوره بوته ای ثابت (زمینی)
سوخت لازم برای احتراق:
1- با سوخت جامد
این نوع کوره ها دو نوع اند یکی کوره سنتی است که از سوخت جامد زغال سنگ یا کک برای عمل ذوب استفاده می کردند.
این نوع کوره نیاز به برق نداشت و با هوای طبیعی که از زیر کوره از لابه لای میله های کف به داخل کشیده می شد زغال سنگ یا ککها را مشتعل می ساخت .
برای ذوب فلزات مخصوصاً چدن بوته را در داخل ککها دفن می کردند تا هم از بالا و هم از بغل ها و هم از زیر حرارت به فلز برسد و ذوب خوب و کامل انجام شود.
(برای ذوب چدن در این کوره ها اول باید ککها را الک کرد یعنی ککها را دسته بندی کرد از درشت به ریز و پودر,کک
درشت در زیر و بعد بوته و بعد شارژ و چند کک گنده در داخل بوته و کک متوسط در اطراف و ریزها را در اطراف می ریزیم و بقیه را در بالا می گذاریم.
2- با سوخت مایع
نقشه این کوره در شکل آمده است که برای ذوب 100-150 کیلوگرم چدن می باشد.
سوخت این کوره ها از گازوئیل با ارزش حرارتی 9300 کیلو کالری بر لیتر درجه سانتیگراد یا مازوت با ارزش حرارتی 1100 کیلو کالری بر لیتر درجه سانتیگراد است
و می توان با استفاده از بوته های گرافیتی در آن چدن ذوب کرد.
مشعل آن از نوع فارسونگاهی(یک نوع مشعل ساده صنعتی که از طریق یک لوله رابط به یک ونتیلاتور(دمنده هوا) وصل شده است).
نوع ونتیلاتور یا دمنده هوا بستگی به ظرفیت کوره انتخاب می شود .
معمولاً دمنده هائی که پس از ساخت بالانس شده اند را در این کوره ها قرار می دهند
بدنه کوره از اسکلت فلزی است .
از تکه لوله های 40 اینچی یا بالاتر از آن به ارتفاع 130 سانتیمتر و اگر نبود از ورق 6 mm به بالا رول کرده و به هم جوش می زنیم .
قطر داخلی 100 و ارتفاع 130- 110 cm پس 100*14/3=314 cm قطر داخلی بدنه می باشد که از جوش زدن ورق گسترده بدست می آید.
و در کف بدنه رول شده رینگ می زنیم و میله های در جای خالی رینگ جوش می دهیم رویش آجر نسوز با کمی شیب قرار می دهیم تا سرباره ها بیرون رود .
بعد کف بوته قرار داده می زنیم که کف بوته می تواند بوته شکسته باشد و سپس از پائین به بالا نسوز کاری می کنیم که نسوز جداره 20- 15 cm است.
فارسونگاه را طوری می گذاریم که بصورت مماس به کف بوته بخورد تا شعله دور بزند.
مثال :
از کوره های تشعشعی ثابت برای ذوب آلیاژهای غیر آهنی مخصوصاً آلومینیوم استفاده می کنند .
در این کوره ها شعله مستقیماً به مذاب نمی خورد , زیرا اگر مستقیماً به مذاب بخورد موجب اکسیده کردن آن می شود.
کوره های تشعشعی نیمه چرخان :
از این کوره ها نیز برای ذوب آلیاژهای غیر آهنی استفاده می کنند و موقع تخلیه مذاب , کوره چرخانده می شود یا در هنگام شارژ کوره چرخانده شده و شارژ را تحویل می گیرد.
در این کوره ها نیز سعی می شود شعله به دیواره ها برخورد کرده و برخورد مستقیم با مذاب نداشته باشد
کوره های دوار که برای ذوب چدن در سال 1930 در آلمان ساخته شد ولی در حال حاضر در دنیا بیشتر انگلیسی ها از آن استفاده می کنند .
یک شرکت در انگلستان به نام Manometer سازنده این نوع کوره ها است.
Rotary Furnace که با ظرفیت های Kg 250 تا 70 تن مذاب چدن و تا 12 تن مذاب آلومینیوم می سازد.
سوخت این نوع کوره ها گاز , گازوئیل و مازوت است .
کوره هائی با ظرفیت کمتر با دست و کوره های با ظرفیت بیشتر به کمک جراثقیل شارژ می شوند.
کوره روی جکهای مربوطه به اندازه 45 درجه بلند می شود و بعد از شارژ دوباره به جای خودش بر می گردد.
جداره نسوز این کوره ها برای ذوب چدن , خاک نسوز سیلیسی و برای ذوب آلیاژهای آلومینیوم خاک نسوز آلومینائی است .
ساختمان این کوره ها :
این کوره ها شامل یک اسکلت فلزی که به شکل یک استوانه متصل به دو مخروط ناقص است
و توسط فلنچ روی استوانه و مخروط ها به یکدیگر متصل می شود .
به طرف دهانه بزرگ مخروط ها و هر دو طرف استوانه فلنچ نصب شده و روی استوانه دو غلطک وصل می شود.
غلطکهای محرک , کوره را با سرعت یک دور در دقیقه می چرخانند 1 r.p.m و در ایران با سرعت تقریباً 2 r.p.m درست می شود .
در کشور کوره های دوار توسط بعضی از افراد ساخته می شود.
اولین کوره که در ایران در تسلیهات ارتش تهران توسط مهندس پسیان و مهندس گرنسر آلمانی ساخته شد و شروع به ذوب چدن نمود .
در ایران ظرفیت 500 Kg در ریخته گریهای چدن زیاد استفاده می شود , زیرا خاک نسوز داخل آن خاک سیلیسی بودهو قابل تهیه در داخل کشور است .
چون بوته های گرافیتی گران است , بیشتر از این کوره ها در ایران استفاده می شود.
در یک طرف مخروط ناقص مشعل و در طرف دیگر دودکش است ,
در بعضی از طرح کوره ها دود از سقف کارگاه با کانالی خارج می شود
و در تعدادی از آنها نیز دود توسط کانالهائی به زیرزمین کارگاه کشیده میشود.
نتیجه گیری : بعد از مطالعه این مطلب شما با روش کار و با اصول کارکرد انواع کوره ها و ساختمان آنها آشنا میشوید
شرکت سعادت توس پایا آماده ارائه تامین کننده و فروشنده آهن آلات در ایران می باشد.
دفتر مرکزی: ۰۹۳۵۲۳۹۴۰۰۰ – ۰۵۱۳۲۴۰۴۰۰۰
تماس با توس پایا
در ادامه به بررسی ناخالصیهای آهن و تولید فولاد میپردازیم با ما همراه باشید
آهنی که از کوره بلند خارج میشود، چدن نامیده میشود که دارای مقادیری
و ناخالصیهای دیگر است.
در تولید فولاد ، دو هدف دنبال میشود
سوزاندن ناخالصیهای چدن
منگنز ، فسفر و سیلیسیم در چدن مذاب توسط هوا یا اکسیژن به اکسید تبدیل میشوند و با کمک ذوب مناسبی ترکیب شده ، به صورت سرباره خارج میشوند.
گوگرد به صورت سولفید وارد سرباره میشود و کربن هم میسوزد و منوکسید کربن (CO) یا دیاکسید کربن (CO2) در میآید. چنانچه ناخالصی اصلی ، منگنز باشد، یک کمک ذوب اسیدی که معمولا دیاکسید سیلسیم (SiO2) است، بکار میبرند:
(MnO + SiO2 ——-> MnSiO3(l
و چنانچه ناخالصی اصلی ، سیلسیم یا فسفر باشد (و معمولا چنین است)، یک کمک ذوب بازی که معمولا اکسید منیزیم (MgO) یا اکسید کلسیم (CaO) است، اضافه میکنند:
(MgO + SiO2 ——-> MgSiO2(l
(6MgO + P4O10 ——-> 2Mg3(PO4)2(
مشاهده این مطلب » خرید آهن در مشهد
در روش دیگری که از همین اصول شیمیایی
برای جدا کردن ناخالصیها از آهن استفاده میشود، آهن مذاب را همراه آهن
قراضه و کمک ذوب در کورهای بشکه مانند که گنجایش ۳۰۰ تن بار را دارد،
میریزند.
جریان شدیدی از اکسیژن خالص را با سرعت مافوق صوت بر سطح فلز مذاب هدایت
میکنند و با کج کردن و چرخاندن بشکه، همواره سطح تازهای از فلز مذاب را
در معرض اکسیژن قرار میدهند.
اکسایش ناخالصیها بسیار سریع صورت
میگیرد و وقتی محصولات گازی مانند Co2 رها میشوند، توده مذاب را به هم
میزنند، بطوری که آهن ته ظرف، رو میآید.
دمای توده مذاب، بی آنکه از گرمای خارجی استفاده شود.
تقریباً به دمای جوش آهن میرسد و در چنین دمایی، واکنشها فوقالعاده سریع بوده، تمامی این فرایند، در مدت یک ساعت یا کمتر کامل میشود .
معمولاً محصولی یکنواخت و دارای کیفیت خوب بدست میآید.
معمولا آلیاژها بر اساس درصد وزنی عناصر موجودشان گزارش میشوند.
بر اساس تعداد عناصر، آلیاژ را دوتایی، سهتایی و غیره مینامند.
برای بیان یک آلیاژ مشخص با دامنه متغیر از درصد عناصر، اصطلاح سیستم بکار میرود.
مثلا، فولاد سیستم آلیاژی دوتایی از آهن و کربن است که در این سیستم آلیاژی دامنه کربن بین ۰.۰۲ تا ۲.۱۴ درصد قابلتغییر است.
۱- فولادهای ساده کربنی
۲- فولادهای کم آلیاژ
۳- فولادهای متوسط آلیاژ
۴- فولادهای پر آلیاژ
مشاهده این مطلب » قیمت آهن در مشهد
در فولادهای ساده کربنی، کربن اصلی ترین عنصر آلیاژی بوده و عناصری مانند منگنز و سیلیسیوم و آلومینیوم به مقدار جزیی و برای گاز زدایی اضافه می شود.
میزان کربن این فولادها نقش اصلی در میزان افزایش استحکام آنها پس از عملیات حرارتی دارد.
فولادها از نظر مقدار کربن به سه گروه کم کربن، کربن متوسط و پر کربن تقسیم می شوند
۱- فولادهای کم کربن با حداکثر ۰٫۲۵ درصد کربن Low Carbon Steel
۲- فولاد کربن متوسط با ۰٫۵۵-۰٫۲۵ درصد کربن Medium carbon steel
۳- فولاد پر کربن با ۰٫۵ >درصد کربن High carbon steel
مشاهده این مطلب » فروش آهن در مشهد
آلیاژها را با توجه به فلز پایه شان به دو دستهی آهنی و غیرآهنی تقسیم میکنند.
آلیاژهای آهنی، آلیاژهایی هستند که فلز پایه در آنها آهن است.
از مهمترین آنها میتوان به فولاد اشاره کرد.
در مقابل، تمام آلیاژهایی که فلز پایه در آنها، فلزی غیر از آهن است، آلیاژهای غیرآهنی خوانده میشود.
شرکت سعادت توس پایا آماده ارائه تامین کننده و فروشنده آهن آلات در ایران می باشد.
دفتر مرکزی: ۰۹۳۵۲۳۹۴۰۰۰ – ۰۵۱۳۲۴۰۴۰۰۰
تماس با توس پایاهمانطور که از اسم این محصول پیداست، چهارپهلو فولادی یکی از معروف ترین محصولات فولادی می باشد که به دلیل چهارگوش (مربعی شکل) بودن سطح مقطعی آن به چهارپهلو معروف می باشد. چهارپهلو فولادی در آلیاژهای مختلفی وجود دارد که با توجه نوع آلیاژ آن ها در مصارف مختلفی از آن ها استفاده می شود
این نوع محصولات فولادی به دو روش
تولید می شوند.
لازم به ذکر هست که در روش نورد سرد چهارپهلو ها دارای تلورانس کمتری می باشند و معمولا این روش زیاد مورد استفاده قرار نمی گیرد، در ادامه به توضیح روش های تولید چهارپهلو فولادی می پردازیم :
این نوع چهارپهلو فولادی در واقع همان چهارپهلوSt37 می باشد که طی فرایندی تبدیل به چهارپهلو ترانسی می شود که فرایند آن به شرح زیر می باشد :
چهار پهلوی ترانس دارای کم ترین میزان تلورانس ، سطح صیقلی و دقت بالا است و از ته شمش ( آهن های ضایعاتی ) مثل سر ورق تولید می شود.
از این نوع چهار پهلو می توان در ساخت حفاظ ، نرده و مغزی درب استفاده کرد.