جدا سازی ناخالصی ها از آهن

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

• کربن
• گوگرد
• فسفر
• سیلیسیم
• منگنز

و ناخالصی‌های دیگر است.

در تولید فولاد ، دو هدف دنبال می‌شود

سوزاندن ناخالصی‌های چدن

افزودن مقادیر معین از مواد آلیاژ دهنده به آهن

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(

روش دیگر جدا کردن ناخالصی‌ها از آهن

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.

فولادها از نظر آلیاژی به چهار گروه اصلی تقسیم می شوند:

۱- فولادهای ساده کربنی
۲- فولادهای کم آلیاژ
۳- فولادهای متوسط آلیاژ
۴- فولادهای پر آلیاژ

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

• پس از فولادهای کربنی، فولادهای کم آلیاژ و متوسط آلیاژ بوده که میزان منگنز و سیلیسیوم آنها بیشتر از مقدار لازم برای اکسیژن زدایی می باشد.
• عناصر دیگری مثل نیکل، کرم و مولیبدن نیز به آنها اضافه شده است.
• عناصری مانند تیتانیوم، نیوبیوم، مس و بر نیز در صورت لزوم و به میزان جزیی ممکن است به آنها اضافه شود.
• افزودن این عناصر آلیاژی به فولادها جهت بهبود عملیات حرارتی پذیری آنها و افزایش برخی خواص فیزیکی و مکانیکی می باشد.
• لازم به ذکر است که جهت طبقه بندی فولادهای کم آلیاژ، متوسط آلیاژ و پر آلیاژ محدودیتی وجود نداشته و عموما به فولادهای حاوی بیش از ۱۰% عناصر آلیاژی، فولادهای پرآلیاژ می گویند.

انواع آلیاژ‌ها

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.

آلیاژ‌های غیرآهنی

• فلز پایه در این آلیاژها، فلزی غیر از آهن است. مفرغ، برنج و بسیاری آلیاژهایی که می‌شناسیم، آلیاژهای غیرآهنی هستند.
• امروزه بیشتر مصنوعات فلزی که استفاده می‌کنیم از آلیاژها ساخته شده‌اند.
• کمتر اتفاق می‌افتد که از فلزات به شکل خالص استفاده شوند. حتی طلا و نقره هم به صورت آلیاژ استفاده می‌شوند.
• افزودن فلزات ارزان قیمت به طلا و نقره، نه تنها از جلوه‌شان نمی‌کاهد. بلکه باعث می‌شود در برابر سایش نیز مقاوم‌تر شوند.
• یکی از ویژگی های فلزات، قابلیت مخلوط شدن آنها با فلزات و یا غیر فلزات دیگر است.
• این عمل معمولا در حالت مذاب صورت می گیرد و به این ترتیب محلول یک یا چند جامد در جامد دیگر بدست می آید.که به آن ها محلول جامد یا آلیاژ گفته می شود.
• آلیاژ معمولا بسیار مفیدتر از مواد اولیه تشکیل دهنده اش است.
• انسان از زمان های گذشته با چندین آلیاژ از جمله برنج و برنز آشنا بوده است.
• برنج از مخلوط مس روی مذاب و برنز از مخلوط مس و قلع مذاب بدست می آید.

آلیاژهای آهنی

• فلز پایه در این آلیاژها آهن است. بسته به میزان کربن ترکیب شده در آن، به دو دسته فولادها و چدنها تقسیم می‌شوند.
• فولاد : وجود کمتر از ۲ درصد تا ۰.۰۲ کربن در آهن، فولاد را به وجود می‌آورد.
• اضافه کردن عناصر دیگر غیر از کربن، هرکدام خواص متفاوتی به فولاد می‌دهد. منگنز سبب سختی فولاد، نیکل باعث جلوگیری از خوردگی فولاد، تنگستن باعث محکمی و وجود کروم و نیکل سبب
• ضدزنگ شدن فولاد می‌شود.
• آهن ورزیده نیز آلیاژی است با کربن کم که در ساختن میخ پرچ، لوله آب، زنجیر و غیره به کار می‌رود.

آلیاژ فلزی

• به محلول جامدی که حداقل یکی از اجزای آنها فلز بوده و خواص فیزیکی وشیمیایی فلزی داشته باشند، آلیاژ فلزی گفته می‌شود.

آلیاژ سرامیکی

• به محلول‌های جامدی که حداقل یکی از اجزای آن‌ها سرامیکی بوده و خواص سرامیکی داشته باشند، آلیاژ سرامیکی گفته می‌شود.