فولاد چگونه ساخته می‌شود؟


1398/2/8



فولاد چگونه ساخته می شود؟

 

فولاد یکی از رایج ترین فلزات در جهان مدرن است. فولاد ارزان، محکم و فوق العاده همه کاره است. تولید فولاد در حدود 750 میلیون تن در سال، دومین کالای تولید شده در جهان در کنار سیمان است. فولاد به طور کامل قابل بازیافت است و نیاز به انرژی کمتری برای تولید دارد. با توجه به تلاش های صنعت فولاد، مصرف انرژی و انتشار دی اکسید کربن کمتر از نیمی از آنچه است که در دهه 1960 بود. این باعث می شود که فولاد بسیار سازگار با محیط زیست و پایدار باشد.

 

محصولات ساخته شده از فولاد بسیار زیاد هستند اما محصولات در لیست اینجا شامل: راه آهن، خطوط نفت و گاز، آسمان خراش ها، آسانسور، مترو، پل ها، اتومبیل ها، کشتی ها، چاقوها و چنگال ها، تیغه ها و ابزار جراحی. فولاد را در همه جای زندگی می توان یافت. تولید فولاد ضد زنگ از دو طریق کوره ذوب آهن و کوره قوس الکتریکی انجام می پذیرد. همه آنچه که درباره ساخته شدن فولاد لازم است بدانید را در ادامه خواهید خواند.

 

تاریخچه آهن

 

آهن چهارمین عنصر فراوان است که بیش از 5 درصد پوسته زمین را تشکیل می دهد.تولید آهن توسط انسان ها در حدود 2000 سال قبل از میلاد در جنوب غربی یا جنوب آسیا آغاز شد. این نشانگر آغاز عصر آهن بود که جایگزین گسترده برنز با آهن برای ابزارها و سلاح ها بود. در طول این دوران، آهن ریختگی توسط آهنگران ساخته شده بود که آهن را گرم می کرد و ناخالصی ها را بر روی یک سندان خرد کرد. آهن حاصل سخت ولی چکش خوار بود.

 

در قرون وسطی، نوع جدیدی از آهن با استفاده از دماهای بالاتر توسعه یافت. این فلز به عنوان چدن شناخته شد، که سخت تر از آهن ساخته شده بود اما شکننده تر بود. آهن در طول بیش از سه هزار سال، تا زمانی که تولید انبوه فولاد در سال 1870 میلادی آغاز شد، اساس فرهنگ تمدن بشری را تشکیل داد.

 

ترکیب فولاد

 

فولاد، آلیاژی از آهن و کربن است. فولاد می تواند مقدار کمی از سیلیکون، فسفر، گوگرد و اکسیژن را نیز داشته باشد. محتوای کربن فولاد بین 0.08 تا 1.5 درصد است. این مساله باعث می شود که فولاد سخت تر از آهن نورد باشد. نکته جالب توجه این است که فولاد با این ویژگی همانند آهن ریختگی ( چدن) شکننده نیست.

 

فولاد دارای تعادل منحصر به فرد از سختی، انعطاف پذیری و استحکام کششی است. فولاد با دوام تر است و لبه ای تیزتر از آهن نوردی دارد. در عین حال، در برابر شوک و تنش مقاوم تر از چدن شکننده است.

 

نحوه تولید فولاد

 

برای تولید فولاد، سنگ آهن  در کوره گرم و ذوب می شود که در آن ناخالصی ها حذف شده و کربن اضافه شده است. امروزه اکثر فولاد با استفاده از یکی از دو فرآیند ساخته می شود:

 

کوره ذوب اهن

کوره قوس الکتریکی (EAF)

 

کوره های ذوب آهن عمدتا مواد خام (سنگ آهن، آهک و کک) را با استفاده از برخی فولادهای قراضه برای تولید فولاد استفاده می کنند، در حالی که کوره های قوس الکتریکی عمدتا از ضایعات فولاد استفاده می کنند.

 

کوره ذوب آهن چیست؟

 

کوره ذوب آهن توسط یک انگلیسی به نام هنری بیسرم در اواسط دهه 1850 اختراع شد. بسمر یک شیوه تولید فولاد را بوسیله هوادهی هوا از طریق آهن مذاب به منظور اکسیداسیون مواد و جدا سازی ناخالصی ها طراحی کرد.

 

کوره ذوب اهن مدرن یک پوسته فولادی بزرگ به شکل یک استوانه است و با آجر مقاوم در برابر حرارت، اندود شده است. سنگ آهن، کک و سنگ آهک از بالا به کوره تغذیه می شود و به تدریج به سمت پایین فرو می ریزد، در عین حال که پایین می روند داغ تر می شوند. در نیمه بالای کوره، گاز از کک سوختن اکسیژن را از سنگ آهن آزاد می کند. در نیمه پایین کوره، سنگ آهک شروع به واکنش با ناخالصی ها در سنگ معدن می کند و کک باعث تشکیل سرباره (slag) می شود.

 

در پایین کوره، دما بیش از 3000 درجه فارنهایت است. سرباره مذاب روی بالای فولاد مذاب شناور می شود و به این ترتیب می توان آن را از طریق یک حفره ی سرباره در کوره تخلیه کرد. فولاد مذاب از انتهای کوره از طریق حفره آزاد می شود.

 

کوره قوس الکتریکی (EAF) چیست؟

 

کوره قوس الکتریکی EDF ها عمدتا برای تولید فولادهای با کیفیت خاص استفاده می شوند که با سایر فلزات آلیاژی می شوندEDF ها همچنین می توانند برای تولید فولادهای عادی و غیر آلیاژ استفاده شوند. بر خلاف کوره ها،EAF  از فلز داغ استفاده نمی کند. آنها ضایعات فولاد را از محصولات بازیافتی استفاده می کنند. فولاد قراضه از یک جرثقیل به EAF سرازیر می شود. هنگامی که کوره پر است، دریچه بسته شده و بالای کوره را می پوشاند. دریچه دارای الکترودهایی است که به داخل کوره به پایین آورده می شوند. الکترود با یک جریان الکتریکی قدرتمند شارژ می شود که گرما تولید می کند و قراضه را ذوب می کند.

 

همانطور که قراضه ذوب می شود، فلزات دیگری که به عنوان آلیاژ فولاد شناخته می شوند به فولاد اضافه می شوند تا ترکیب شیمیایی مورد نظر را به دست آورند. اکسیژن برای خالص سازی فولاد به کوره تزریق می شود. آهک و فلوراسپار برای ذوب شدن همراه ناخالصی ها و تشکیل سرباره، اضافه می‌شوند.

 

سرباره مذاب در بالای فولاد مذاب شناور می شود و می تواند با چرخش کوره ریخته شود.

طیف وسیعی از فولادهای با کیفیت ویژه می تواند در EAF در ترکیب با فلزات دیگر برای تولید آلیاژهای فولادی ساخته شود. به استفاده گسترده از این کوره ها، تولید فولاد ضد زنگ است که دارای کروم و نیکل است که برای افزودن خاصیت مقاومت در برابر خوردگی، به آن اضافه می شود. دیگر فولادهای مخصوص ساخته شده در EAF شامل فولادهای مورد استفاده در مهندسی، هوا فضا و صنعت زره سازی است.

 

 

تهیه شده توسط تیم تولید محتوای فولاد ایرانیان

 

Top