مواد اولیه تولید آهن و فولاد

از چه مواد اولیه ای در تولید آهن و فولاد استفاده می شود ؟

سنگ معدنی که  به عنوان مواد اولیه در تولید آهن و فولاد استفاده می شود، اکسید آهن است که ترکیبی از آهن و اکسیژن می‌باشد.

از عمده‌ترین سنگ‌های اکسید آهن هماتیت که فراوان‌ترین آن ها، لیمونیت است که به آن سنگ قهوه‌ای، تاکونیت و مگنتیت نیز می‌گویند.

مگنتیت به دلیل خاصیت مغناطیسی آن نامگذاری شده است و دارای بالاترین میزان آهن است.

تاکونیت که به خاطر کوه های تاکونیک در شمال شرقی ایالات متحده نامگذاری شده است، یک سنگ معدنی کم عیار اما مهم است که حاوی مگنتیت و هماتیت است.

کوره‌های آهن‌سازی برای عملکرد کارآمد به حداقل ۵۰ درصد سنگ آهن نیاز دارند.

همچنین، اگر سنگ های ناخواسته و سایر ناخالصی ها را بتوان قبل از حمل و نقل حذف کرد، هزینه حمل سنگ آهن از معدن به کارخانه ذوب را می توان تا حد زیادی کاهش داد.

این امر مستلزم آن است که سنگ معدن تحت چندین فرآیند به نام “بهینه سازی” قرار گیرد. این فرآیندها شامل خرد کردن، غربالگری، غلطانیدن، شناورسازی و جداسازی مواد مغناطیسی از سنگ های ناخواسته  است.

سنگ معدن تصفیه شده با این فرآیندها به بیش از 60 درصد آهن غنی می شود و اغلب قبل از حمل و نقل به حالت گلوله ای تبدیل می شود.

پودر سنگ معدن تاکونیت پس از غنی سازی، با گرد و غبار زغال سنگ و یک چسب مخلوط می شود و به صورت گلوله های کوچک در یک گندله ساز درام غلطانده شده و  تا سختی زیاد پخته می شود.

حدود دو تن مواد ناخواسته به ازای هر تن گلوله تاکونیت جدا می شود.

سه ماده خام مورد استفاده در ساخت آهن خام (که ماده اولیه مورد نیاز برای ساخت فولاد است) عبارتند از:

سنگ آهن فرآوری شده، کک (باقی مانده پس از حرارت دادن زغال سنگ در غیاب هوا، به طور کلی حاوی 90 درصد کربن است) و سنگ آهک ( CaCO 3 ) و آهک سوخته (CaO)در فواصل زمانی مختلف به کوره  اضافه می شوند.

سنگ آهک یا آهک سوخته به عنوان یک ماده روان کننده استفاده می شود که سرباره ای را در بالای فلز مایع تشکیل می دهد. برای تولید یک تن آهن تقریباً دو تن سنگ معدن، یک تن کک و نیم تن سنگ آهک مورد نیاز است.

برای مطالعه :

باریت | کربنات کلسیم | اسیداستئاریک | لیتوپن | دی اکسید تیتانیوم |  تالک

چندین عنصر اساسی در ساخت تمام فولادهای تجاری وجود دارد :

کربن:

یک عنصر بسیار مهم در فولاد است زیرا اجازه می دهد تا فولاد با عملیات حرارتی سخت شود. فقط مقدار کمی کربن برای تولید فولاد مورد نیاز است. فولاد می تواند تا 2 درصد کربن داشته باشد، اما بیش از این مقدار، چدن در نظر گرفته می شود که کربن اضافی در آن گرافیت را تشکیل می دهد.

فلز منگنز:

در مقادیر کم (0.03-1.0٪) برای حذف اکسیژن ناخواسته و کنترل گوگرد استفاده می شود. جدا کردن گوگرد از فولاد دشوار است و شکلی که در فولاد به خود می گیرد (سولفید آهن، FeS) باعث می شود که فولاد شکننده یا کوتاه شود. هنگام آهنگری مقدار کمی فسفر (معمولاً کمتر از 0.04٪) وجود دارد که در آهن حل می شود و کمی استحکام و سختی را افزایش می دهد.

فسفر:

در مقادیر بیشتر، شکل‌پذیری فولاد را کاهش می‌دهد و می‌تواند باعث ترک خوردگی مواد در هنگام کار سرد در آسیاب نورد شود و باعث کوتاه شدن زمان سرد شدن شود.

سیلیکون:

یکی دیگر از عناصر موجود در فولاد است که معمولاً بین 0.5-0.3٪ است. سیلیکون در آهن حل می‌شود و استحکام و چقرمگی فولاد را افزایش می‌دهد بدون اینکه شکل‌پذیری کاهش یابد.سیلیکون همچنین فولاد مذاب را از طریق تشکیل دی اکسید سیلیکون اکسید زدایی می کند (SiO 2) که باعث می شود ریخته گری قوی تر باشد.

اکسیژن:

عنصر دیگری که نقش مهمی در فرآوری فولاد دارد، اکسیژن است. برخی از کارخانه های بزرگ فولاد، کارخانه های اکسیژن خود را در نزدیکی کوره های اکسیژن اولیه قرار داده اند  . اکسیژن تزریق شده به مخلوط یا “شارژ” کوره باعث بهبود و سرعت بخشیدن به تولید فولاد می شود.

فولاد را می توان با  آهن یا فلزات دیگری مانند کروم، مولیبدن، نیکل، آلومینیوم ، کبالت، تنگستن، وانادیم و تیتانیوم و با غیر فلزاتی مانند بور و سیلیکون، آلیاژ کردن تا خواص مختلف و مفید بسیار دیگری به دست آورد .