فولاد چگونه ساخته می شود؟

فولاد چگونه ساخته می شود؟ یکی از پر مصرفترین فلز در دنیا فولاد می باشد که شاید علت این پرمصرف بودن قیمت ارزان،استحکام بالا ، همه کاره بودن ،قابل بازیافت ،انرژی کم برای تولید آن می باشد.دومین کالایی که به صورت انبوه تولید می شود فولاد است.فولاد به همراه سیمان سالانه حدود ۷۵۰ تن در جهان تولید می شود. در این مقاله میخواهیم  درباره این فلز پرکابرد صحبت کنیم.

چهارمین عنصر که به وفور در زمین یافت می شود آهن است.آهن بیش از ۵ درصد پوسته زمین را تشکیل داده می دهد.انسان ها در حدود ۲۰۰۰ هزارسال قبل از میلاد مسیح و در جنوب مرکزی آسیا و یا غرب آن شروع به تولید آهن کردند.مورخان این دوره را عصر آهن نامیدند چون بشر آهن را جایگزین برنز و نقره برای تولید صلاح و ابزار کرد.

آهنگران با حرارت دادن و چکش کاری آهن ناخالص را به آهن ساخته شده تبدیل کردند.آهن بدست آمده با اینکه سخت بود ولی انعطاف داشت.در دوران قرون وسطی استفاده از نوع جدیدی از آهن گسترش پیدا کرد که در دمای بالا بدست می آمد که نام آن چدن بود.چدن از آهن ساخته سخت تر ولی شکننده تر بود.در سال  ۱۸۷۰با ظهور فولاد و تولید انبوه ،جایگزین آهن شد.

می توان گفت ما در دنیایی زندگی می کنیم که از فولاد محاصره شده از ساخت چنگال تا ساخت کشتی و اتومبیل و مترو و پل.این فلز صنایع مختلف را به دست گرفته است.

ترکیب فولاد از چه موادی است؟

فولاد آلیاژی از آهن و کربن می باشد که بعضا می تواند حاوی مقدار کمی سیلیکون،فسفر،گوگرد و اکسیژن باشد.مقدار کربن به کار رفته در فولاد بین ۰٫۰۸ تا ۱٫۵ درصد می باشد که می تواند فولاد را از آهن ساخته سخت تر اما شکنندگی چدن را نداشته باشد.

فولاد  سخت،انعطاف پذیر و مقاومت کششی دارد از آهن بادوام تر بوده و مقاومت بالایی را نسبت به چدن در برابر ضربات دارد.

مهمترین مصارف فولاد

همانطورز که گفتیم فولاد در دنیای امروز پر مصرف ترین کالا است در ادامه برخی از این کاربرد ها را بیان می کنیم:

• راه آهن
• ساخت لوله های انتقال نفت،گاز
• ساخت آسمان خراش ها
• ساخت آسانسورها ،مترو
• ساخت پل ها
• اتومبیل
• کشتی
• ساخت چاقو و چنگال
• ساخت وسایل جراحی

فولاد چگونه ساخته می شود؟

سنگ آهن در کوره هایی مخصوص این کار گرم می شود، این کار باعث می شود تا ناخالصی های آن از بین برود بعد از آن کربن را به آن اضافه می کنند.

فولاد به دو روش ساخته می شود:

۱-کوره بلند

۲-کوره قوس الکتریکی(EAF)

کوره بلند:

در این روش عمدتا مواد اولیه خام سنگ آهن،سنگ آهک،و زغال سنگ کک می باشد.این روش  توسط هنری بسمر در سال ۱۸۵۰ اختراع شد.در این روش با دمیدن هوا به آهن مذاب و اکسید کردن و جدا کردن ناخالصی ها فولاد تولید می شود.

شکل کوره های بلند امروزه استوانه های فولادی بلند هستند. روکش این استوانه ها با آجر هایی که نسبت به حرارت مقاومت هستند می باشد.همانطور که قبلا گفتیم مواد اولیه که در این روش استفاده می شود از بالای کوره وارد می شود و هر چه به قسمت پایینی کوره می رسد حرارت بیشتری می گیرد. دمای پایین کوره بیش از ۳۰۰۰ درجه فارنهایت می باشد.

در قسمت بالایی کوره پس از سوختن مواد اولیه گازی از سوختن زغالسنگ ،کک و اکسیژن موجود در سنگ آهن تولید می شود،در نیمه پایانی کوره سنگ آهک با واکنش نشان دادن به ناخالصی های موجود در سنگ آهن و زغال سنگ ترکیبی به نام سرباره را تولید می کند.سرباره مذاب حاوی ناخالصی است و بالای فولاد مذاب شناور می باشد که از طریق شکافی که برای این کار تعبیه شده خارج می شود.فولاد مذاب از طریق حفره ای که در دل کوره وجود دارد بیرون می آید.

کوره قوس الکتریکی(EAF):

مواد اولیه در این روش قراضه های فولاد می باشد.فلزهایی که در این روش تولید می شوند کیفیت خاصی دارند که با سایر فلز ها آلیاژ می شوند.البته برای فولاد های عادی و غیرآلیازی هم می توان از این کوره ها استفاده کرد.

در این وش با جرثقیل  قراضه های فولادی به این کوره ها وارد می شود.و قتی ظرفیت کوره پر شددر آن بسته می شود و روی آن پوشانیده می شود.برای ذوب کردن قراضه های فولاد الکترود هایی داخل در این نوع کوره قرار داده شده که وارد کوره می شد که فرآیند ذوب را انجام می دهد.

بعد ار فرآیند ذوب آلیاژهایی لازم به این ترکیب اضافه می شود.برای اینکه فولاد نهایی تصفیه شده باشد به کوره ، اکسیژن دمیده می شود.برای اینکه سرباره در این روش تولید شود و با نا خالصی ها ترکیب شود از یک ترکیب معدنی تشکیل شده از آهک و فلئورسپار استفاده می شود.فولاد های بدست آمده از این روش در مهندسی،صنعت هوا فضا و ادوات جنگی استفاده می شود.

اگر بخواهیم آلیاژهای فولادی را در طیف وسیعی تولید کنیم می توان از این کوره ها استفاده کرد.مهمترین آلیاژها، فولاد های ضد زنگ می باشند.این آلیاژها حاوی کروم و نیکل می باشند که برای ایجاد خواص مقاومت در برابر خوردگی استفاده می شود.