آهن عنصری است که برای همه افراد در سیاره ما آشناست. و هیچ چیز تعجب آور در این وجود ندارد. در واقع، از نظر محتوای آن در پوسته زمین (تا 5٪)، این جزء رایج ترین است. با این حال، تنها یک چهلم از این ذخایر را می توان در ذخایر مناسب برای توسعه یافت. کانی های اصلی سنگ آهن عبارتند از سیدریت، سنگ آهن قهوه ای، هماتیت و مگنتیت.
منشأ نام
چرا آهن این نام را دارد؟ اگر جدول عناصر شیمیایی را در نظر بگیریم، در آن این جزء به عنوان "فروم" مشخص شده است. مخفف آن Fe است.
به گفته بسیاری از ریشه شناسان، کلمه "آهن" از زبان پروتو-اسلاوی به ما رسیده است که در آن مانند زلزو به نظر می رسد. و این نام از فرهنگ یونانیان باستان آمده است. آنها فلزی را که امروزه معروف است «آهن» نامیدند.
نسخه دیگری وجود دارد. به گفته او، نام "آهن" از لاتین به ما آمد، جایی کهبه معنای "ستاره" بود. توضیح این موضوع در این واقعیت نهفته است که اولین نمونه های کشف شده از این عنصر توسط مردم منشا شهاب سنگی داشتند.
استفاده از آهن
در تاریخ بشر دوره ای وجود داشت که مردم برای آهن بیشتر از طلا ارزش قائل بودند. این حقیقت در اودیسه هومر ثبت شده است که می گوید به برندگان بازی هایی که آشیل ترتیب داده بود، علاوه بر طلا، یک تکه آهن نیز داده شد. این فلز تقریباً برای همه صنعتگران، کشاورزان و جنگجویان ضروری بود. و این نیاز شدید به آن بود که به بهترین موتور برای تولید این ماده و همچنین پیشرفت فنی بیشتر در ساخت آن تبدیل شد.
9-7 سی سی. قبل از میلاد مسیح. عصر آهن را در تاریخ بشر در نظر گرفته است. در این دوره بسیاری از قبایل و مردم آسیا و اروپا شروع به توسعه متالورژی کردند. با این حال، آهن هنوز هم تقاضای زیادی دارد. به هر حال، هنوز هم ماده اصلی مورد استفاده برای ساخت ابزار است.
محصول پنیر
تکنولوژی تولید آهن شکوفه که بشر در آغاز توسعه متالورژی شروع به استخراج آن کرد چیست؟ اولین روشی که بشر ابداع کرد پنیرسازی نام داشت. علاوه بر این، برای 3000 سال مورد استفاده قرار گرفت و از زمان پایان عصر برنز تا قرن سیزدهم تغییر نکرد. کوره بلند در اروپا اختراع نشده است. این روش خام نامیده می شد. شاخ برای او از سنگ یا گل ساخته شده بود. گاهی اوقات قطعات سرباره به عنوان ماده برای دیوارهای آنها عمل می کرد. آخرین نسخه فورج از داخل بودپوشش داده شده با خاک رس نسوز، که برای بهبود کیفیت به آن ماسه یا شاخ خرد شده اضافه می شود.
چه چیزی فلاش آهن را می سازد؟ چاله های آماده شده با سنگ مرتعی یا باتلاقی "خام" پر می شد. فضای ذوب چنین کوره هایی با زغال چوب پر می شد که سپس به طور کامل گرم می شد. در انتهای گودال سوراخی برای تامین هوا وجود داشت. ابتدا با دم دستی دمیده می شد که بعداً با دم مکانیکی جایگزین شد.
در همان اولین فورج ها، پیش نویس طبیعی سازماندهی شد. از طریق سوراخ های مخصوص - نازل هایی که روی دیواره های قسمت پایینی کوره قرار داشت انجام می شد. اغلب متالورژیست های باستانی با استفاده از طرحی که امکان به دست آوردن اثر لوله را فراهم می کرد، هوا را تامین می کردند. آنها فضای داخلی مرتفع و در عین حال باریکی را ایجاد کردند. اغلب چنین کوره هایی در پای تپه ها ساخته می شد. این مکان‌ها بیشترین فشار باد طبیعی را داشتند که برای افزایش کشش استفاده می‌شد.
در نتیجه فرآیند مداوم، سنگ معدن به فلز تبدیل شد. در همان زمان سنگ خالی کم کم به سمت پایین سرازیر شد. دانه های آهن در پایین کوره تشکیل شده است. آنها به یکدیگر چسبیده و به اصطلاح "خزش" تبدیل شدند. این یک توده اسفنجی شل آغشته به سرباره است. در فر، کراکر سفید و داغ بود. در همین حالت بود که آن را بیرون آوردند و سریع جعل کردند. تکه های سرباره فقط افتادند. سپس، ماده به دست آمده به یک قطعه یکپارچه جوش داده شد. نتیجه آهن زرق و برق دار بود. محصول نهایی شبیه یک نان تخت بود.
چی بودترکیب آهن شکوفه؟ این آلیاژی از آهن و کربن بود که در محصول نهایی بسیار کوچک بود (اگر درصد را در نظر بگیریم، بیشتر از صدم نیست).
اما آهن شکوفه ای که مردم در کوره خام دریافت می کردند چندان سخت و بادوام نبود. به همین دلیل است که محصولات ساخته شده از چنین موادی به سرعت شکست خوردند. نیزه ها، تبرها و چاقوها خم شده بودند و برای مدت طولانی تیز نمی ماندند.
فولاد
در تولید آهن در آهنگری به همراه کلوخه های نرم آن مواردی نیز وجود داشت که از سختی بالاتری برخوردار بودند. اینها قطعات سنگ معدنی بودند که در طول فرآیند ذوب در تماس نزدیک با زغال سنگ بودند. مردی متوجه این الگو شد و شروع به افزایش عمدی منطقه در تماس با زغال کرد. این کار باعث شد که آهن کربوره شود. فلز حاصل شروع به پاسخگویی به نیازهای صنعتگران و کسانی که از محصولات ساخته شده از آن استفاده می کردند، شد.
این ماده فولادی بود. هنوز هم تا به امروز در ساخت تعداد زیادی از ساختارها و محصولات استفاده می شود. فولادی که توسط متالورژیست‌های باستانی ذوب می‌شود، آهنی است که تا ۲ درصد کربن دارد.
همچنین چیزی به نام فولاد ملایم وجود داشت. این آهن فلاش بود که کمتر از 0.25 درصد کربن داشت. اگر تاریخ متالورژی را در نظر بگیریم، پس فولاد نرم بود که در مرحله اولیه تولید پنیر تولید شد. نام دیگر آهن فلش چیست؟ نوع سومی نیز وجود دارد. هنگامی که حاوی بیش از 2٪ کربن باشد، پسچدن است.
اختراع کوره بلند
روش گلدهی برای به دست آوردن آهن با استفاده از آهنگرهای خون خام به شدت به آب و هوا بستگی داشت. از این گذشته، برای چنین فناوری مهم این بود که باد باید به لوله تولید شده وارد شود. این میل به دور شدن از هجوم آب و هوا بود که باعث شد یک فرد خز بسازد. اینها وسایل مورد نیاز برای شعله ور کردن آتش در کوره خام بودند.
بعد از ظهور دم، آهنگری برای تولید فلز دیگر در دامنه تپه ها ساخته نمی شد. مردم شروع به استفاده از نوع جدیدی از اجاق ها کردند که به آن "گودال گرگ" می گفتند. آنها سازه هایی بودند که قسمتی از آنها در خاک بود و قسمت دوم (خانه ها) بر فراز آن به شکل بنای ساخته شده از سنگ هایی که توسط خشت به هم چسبیده بودند بر فراز آن قرار داشت. در پایه چنین کوره ای سوراخی وجود داشت که در آن لوله ای از دم را برای شعله ور کردن آتش وارد می کردند. زغال سنگ گذاشته شده در خانه سوخته و پس از آن می توان ترقه را بدست آورد. او از طریق سوراخی که پس از برداشتن چندین سنگ از قسمت پایینی سازه شکل گرفته بود بیرون کشیده شد. سپس دیوار بازسازی شد و کوره با سنگ معدن و زغال سنگ پر شد تا از نو شروع شود.
تولید آهن روشن به طور مداوم بهبود یافته است. با گذشت زمان، خانه ها شروع به بزرگتر ساختن کردند. این امر مستلزم افزایش بهره وری ماشین آلات بود. در نتیجه، زغال سنگ سریعتر شروع به سوزاندن کرد و آهن را با کربن اشباع کرد.
چدن
آهن فلاش با کربن بالا چه نام دارد؟ آن گونه که بوددر بالا ذکر شد، این چدن است که امروزه بسیار رایج است. ویژگی متمایز آن توانایی ذوب شدن در دمای نسبتاً پایین است.
آجر - چدن به صورت جامد - جعل غیرممکن بود. به همین دلیل بود که متالورژی های باستانی در ابتدا هیچ توجهی به او نداشتند. با یک ضربه چکش، این ماده به سادگی تکه تکه شد. در این راستا، چدن و همچنین سرباره در ابتدا جزء مواد زائد محسوب می شدند. در انگلستان، این فلز حتی "آهن خوک" نامیده می شد. و تنها با گذشت زمان مردم متوجه شدند که این محصول در حالی که به صورت مایع است می تواند در قالب ریخته شود تا محصولات مختلفی به عنوان مثال گلوله های توپ بدست آید. با تشکر از این کشف در قرن 14-15. در صنعت شروع به ساخت کوره بلند برای تولید آهن خام کرد. ارتفاع چنین سازه هایی به 3 متر یا بیشتر می رسید. با کمک آنها، آهن ریخته گری برای تولید نه تنها گلوله های توپ، بلکه برای تولید خود توپ نیز ذوب شد.
توسعه تولید کوره بلند
انقلاب واقعی در تجارت متالورژی در دهه 80 قرن 18 رخ داد. پس از آن بود که یکی از کارمندان دمیدوف تصمیم گرفت که برای بهره وری بیشتر در عملکرد کوره های بلند، هوا را نه از طریق یک، بلکه از طریق دو نازل که باید در دو طرف کوره قرار داشته باشند، در اختیار آنها قرار دهد. به تدریج تعداد این گونه نازل ها افزایش یافت. این امر باعث می شود که فرآیند دمیدن یکنواخت تر شود، قطر کوره افزایش یابد و بهره وری کوره ها افزایش یابد.
توسعه تولید کوره بلند نیز با جایگزینی زغال چوب تسهیل شد.که برای آن جنگل ها برای کک قطع شد. در سال 1829، در اسکاتلند، در کارخانه Clayde، برای اولین بار هوای گرم به داخل کوره بلند دمیده شد. چنین نوآوری به طور قابل توجهی بهره وری کوره را افزایش داد و مصرف سوخت را کاهش داد. امروزه فرآیند کوره بلند با جایگزینی مقداری کک با گاز طبیعی بهبود یافته است که هزینه کمتری نیز دارد.
Bulat
اسم آهن فلاش که دارای خواص بی نظیری است که در ساخت سلاح استفاده می شد چیست؟ ما این ماده را به عنوان فولاد داماسک می شناسیم. این فلز نیز مانند فولاد دمشق آلیاژی از آهن و کربن است. با این حال، برخلاف سایر گونه های آن، آهنی زرق و برق دار با کیفیت های خوب است. انعطاف‌پذیر و سخت است و همچنین می‌تواند تیغه‌اش را با وضوح استثنایی ایجاد کند.
متالورژی های بسیاری از کشورها بیش از یک قرن است که در تلاش برای کشف راز تولید فولاد گلدار هستند. تعداد زیادی دستور العمل و روش پیشنهاد شد که شامل افزودن عاج، سنگ های قیمتی، طلا و نقره به آهن بود. با این حال، راز فولاد داماسک تنها در نیمه اول قرن بیستم توسط متالورژیست برجسته روسی P. P. Anosov فاش شد. آنها آهن شکوفه را گرفتند که در کوره ای با زغال چوب گذاشته شده بود، جایی که آتش باز می سوخت. فلز ذوب شد، با کربن اشباع شد. در آن زمان، آن را با سرباره دولومیت کریستالی پوشانده بودند، گاهی اوقات با افزودن خالص ترین فلس آهن. در زیر چنین لایه ای، فلز به شدت از سیلیکون، فسفر، گوگرد و اکسیژن آزاد شد. با این حال، این تمام ماجرا نبود. فولاد به دست آمده باید تا حد امکان خنک شودآهسته تر و آرام تر این باعث شد که اول از همه بلورهای بزرگ با ساختار شاخه ای (دندریت) تشکیل شود. چنین خنک‌کاری مستقیماً در اجاقی که با زغال‌سنگ داغ پر شده بود، صورت می‌گرفت. در مرحله بعد آهنگری ماهرانه انجام شد که در طی آن سازه به دست آمده نباید فرو بریزد.
خواص منحصر به فرد فولاد دمشق متعاقباً در آثار متالورژیست روسی دیگر D. K. Chernov توضیحی یافت. او توضیح داد که دندریت ها فولادی نسوز اما نسبتاً نرم هستند. فضای بین "شاخه" آنها در فرآیند انجماد آهن با کربن اشباع بیشتری پر می شود. یعنی فولاد نرم با فولاد سخت تری احاطه شده است. این ویژگی های فولاد داماسک را توضیح می دهد که در ویسکوزیته و در عین حال استحکام بالا وجود دارد. چنین هیبرید فولادی در طول ذوب ساختار درختی خود را حفظ می کند و آن را فقط از یک خط مستقیم به یک خط زیگزاگ تبدیل می کند. ویژگی الگوی حاصل تا حد زیادی به جهت ضربات، قدرت و همچنین مهارت آهنگر بستگی دارد.
فولاد دمشق
در زمان های قدیم، این فلز همان فولاد گلدار بود. با این حال، کمی بعد، فولاد دمشق به عنوان ماده ای شناخته می شود که از طریق جوشکاری آهنگری از تعداد زیادی سیم یا نوار به دست می آید. این عناصر از فولاد ساخته شده بودند. علاوه بر این، هر یک از آنها با محتوای کربن متفاوتی مشخص شدند.
هنر ساخت چنین فلزی به بزرگترین پیشرفت خود در قرون وسطی رسید. به عنوان مثال، در ساختار تیغه ژاپنی معروف، محققان دریافتندحدود 4 میلیون نخ فولادی با ضخامت میکروسکوپی. این ترکیب، فرآیند ساخت سلاح را بسیار پر زحمت کرد.
تولید در شرایط مدرن
متالورژی های باستان نمونه ای از مهارت خود را نه تنها در سلاح ها به جا گذاشتند. بارزترین نمونه از آهن خالص شکوفه، ستون معروفی است که در نزدیکی پایتخت هند قرار دارد. باستان شناسان قدمت این اثر هنری متالورژی را تعیین کردند. معلوم شد که این ستون 1.5 هزار سال پیش ساخته شده است. اما شگفت آورترین چیز در این واقعیت نهفته است که امروزه نمی توان حتی آثار کوچک خوردگی را روی سطح آن تشخیص داد. مواد ستون مورد بررسی دقیق قرار گرفت. معلوم شد که این آهن فلاش خالص است که فقط 0.28٪ ناخالصی دارد. چنین کشفی حتی متالوژیست های مدرن را نیز شگفت زده کرد.
به مرور زمان آهن زرق و برق دار به تدریج محبوبیت خود را از دست داد. فلز ذوب شده در یک اجاق باز یا کوره بلند از بیشترین تقاضا برخوردار شد. با این حال، هنگام اعمال این روش ها، محصولی با خلوص ناکافی به دست می آید. به همین دلیل است که قدیمی ترین روش تولید این ماده اخیراً عمر دوم خود را دریافت کرده است که امکان تولید فلز با بالاترین مشخصات کیفی را فراهم می کند.
امروزه فلاش آیرون چیست؟ این فلز به عنوان یک فلز احیا کننده مستقیم برای ما آشناست. البته امروزه آهن شکوفه مانند زمان های قدیم تولید نمی شود. برای تولید آن از مدرن ترین فناوری ها استفاده می شود. آنها امکان تولید فلزی را فراهم می کنند که عملاً هیچناخالصی های خارجی از کوره های لوله دوار در تولید استفاده می شود. چنین عناصر ساختاری برای پخت مواد فله مختلف با استفاده از دماهای بالا در صنایع شیمیایی، سیمان و بسیاری از صنایع دیگر استفاده می شود.
در حال حاضر آهن فلاش چیست؟ خالص در نظر گرفته می شود و در به دست آوردن روشی استفاده می شود که اساساً تفاوت چندانی با آنچه در زمان های قدیم وجود داشت ندارد. با این حال، متالوژیست ها از سنگ آهن استفاده می کنند که در فرآیند به دست آوردن محصول نهایی گرم می شود. با این حال، امروزه مواد خام در ابتدا در معرض پردازش اضافی قرار می گیرند. غنی شده است و نوعی کنسانتره ایجاد می کند.
صنعت مدرن از دو روش استفاده می کند. هر دوی آنها به شما امکان می دهند آهن فلاش را از کنسانتره دریافت کنید.
اولین این روش ها مبتنی بر رساندن مواد خام به دمای مورد نیاز با استفاده از سوخت جامد است. چنین فرآیندی بسیار شبیه به فرآیندی است که توسط متالورژیست های باستانی انجام می شد. به جای سوخت جامد می توان از گاز استفاده کرد که ترکیبی از هیدروژن و مونوکسید کربن است.
چه چیزی مقدم بر دریافت این مواد است؟ اسم اتو فلاش امروزه چیست؟ پس از حرارت دادن کنسانتره سنگ آهن، گلوله ها در کوره باقی می مانند. از آنها است که متعاقباً فلز خالص تولید می شود.
روش دومی که برای احیای آهن استفاده می شود از نظر فناوری بسیار شبیه به روش اول است. تنها تفاوت این است که متالوژیست ها از هیدروژن خالص به عنوان سوخت برای گرم کردن کنسانتره استفاده می کنند. با این روش آهن بسیار سریعتر به دست می آید. دقیقابنابراین، با کیفیت بالاتر متمایز می شود، زیرا در فرآیند برهمکنش هیدروژن با سنگ معدن غنی شده، تنها دو ماده به دست می آید. اولی آن آهن خالص و دومی آب است. می توان فرض کرد که این روش در متالورژی مدرن بسیار محبوب است. با این حال، امروزه به ندرت، و به عنوان یک قاعده، فقط برای تولید پودر آهن استفاده می شود. این با این واقعیت توضیح داده می شود که به دست آوردن هیدروژن خالص، هم از نظر حل مسائل فنی و هم به دلیل مشکلات اقتصادی، بسیار دشوار است. ذخیره سازی سوخت دریافتی نیز کار دشواری است.
نسبتا اخیراً، دانشمندان روش دیگری، سومین را برای تولید آهن کاهش یافته توسعه داده اند. این شامل به دست آوردن فلز از کنسانتره سنگ معدن، بدون گذراندن مرحله تبدیل آن به گلوله است. مطالعات نشان داده است که با این روش می توان آهن خالص را بسیار سریعتر تولید کرد. با این حال، این روش هنوز در صنعت اجرا نشده است، زیرا نیاز به تغییرات فن آوری قابل توجه و تغییر در تجهیزات شرکت های متالورژی دارد.
نام اتوی فلش امروزی چیست؟ این ماده به عنوان یک فلز احیا کننده مستقیم برای ما آشنا است، گاهی اوقات به آن اسفنجی نیز می گویند. این یک ماده مقرون به صرفه، با کیفیت و سازگار با محیط زیست است که ناخالصی های فسفر و گوگرد ندارد. آهن شکوفه دار به دلیل ویژگی هایی که دارد در صنایع مهندسی (هوانوردی، کشتی سازی و ابزار دقیق) استفاده می شود.
Fechral
همانطور که می بینید، امروز هنگام استفادهمدرن ترین فناوری ها از موادی مانند آهن شکوفه استفاده می کنند. Fechral نیز یک آلیاژ مورد توجه است. علاوه بر آهن، حاوی اجزایی مانند کروم و آلومینیوم است. نیکل نیز در ساختار آن وجود دارد، اما نه بیشتر از 0.6%.
Fechral دارای مقاومت الکتریکی خوب، سختی بالا، عملکرد عالی با سرامیک های آلومینا بالا، هیچ تمایلی به سوراخ شدن ندارد و در اتمسفر حاوی گوگرد و ترکیبات آن، هیدروژن و کربن مقاوم در برابر حرارت است. اما وجود آهن در آلیاژ آن را کاملا شکننده می‌کند و پردازش مواد در ساخت محصولات مختلف را دشوار می‌کند.
فچرال در ساخت المنت های حرارتی کوره های آزمایشگاهی و صنعتی استفاده می شود که حداکثر دمای کارکرد آن ۱۴۰۰ درجه می باشد. گاهی اوقات از قطعات این آلیاژ برای مصارف دیگری استفاده می شود. آنها در وسایل گرمایش خانگی و همچنین در دستگاه های الکتریکی عمل حرارتی قرار می گیرند. Fechral به طور گسترده ای در تولید سیگارهای الکترونیکی استفاده می شود. همچنین آلیاژی از آهن، آلومینیوم و کروم در زمینه تولید عناصر مقاومتی مورد تقاضا است. اینها می توانند، برای مثال، مقاومت های ترمز راه اندازی لوکوموتیوهای الکتریکی باشند.
فچرال برای تولید سیم و همچنین نخ و روبان استفاده می شود. گاه دایره و میله از آن به دست می آید. همه این محصولات در ساخت انواع بخاری برای اجاق های برقی استفاده می شود.
