مقاله فارسی آهن و فولاد

آهن
اطلاعات اولیه
آهن ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Fe و عدد اتمی 26 وجود دارد. آهن فلزی است که در گروه 8 و دوره 4 جدول تناوبی قرار دارد.
آهن فلزی با عدد اتمی ۲۶، وزن اتمی ۵۵/۸۴۷ گرم بر مول، دمای جوش ۲۷۵۰ درجه سانتیگراد و چگالی ۷٫۸۶ گرم بر سانتی‌متر مکعب است.
تاریخچـــــه
اولین نشانه‌های استفاده از آهن به زمان سومریان و مصریان بر می‌گردد که تقریبا” 4000 سال قبل از میلاد با آهن کشف شده از شهاب سنگها اقلام کوچکی مثل سر نیزه و زیور آلات می‌ساختند. از 2000 تا 3000 سال قبل از میلاد ، تعداد فزاینده ای از اشیاء ساخته شده با آهن مذاب ( فقدان نیکل ، این محصولات را از آهن شهاب سنگی متمایز می‌کند ) در بین‌النهرین ، آسیای صغیر و مصر به چشم می‌خورد؛ اما ظاهرا” تنها در تشریفات از آهن استفاده می‌شد و آهن فلزی گرانبها حتی باارزش‌تر از طلا به‌حساب می‌آمد.
بر اساس تعدادی از منابع آهن ، بعنوان یک محصول جانبی از تصفیه مس تولید می‌شد – مثل آهن اسفنجی – و بوسیله متالوژی آن زمان قابل تولید مجدد نبوده است. از 1600 تا 1200 قبل از میلاد در خاورمیانه بطور روز افزون از آین فلز استفاده می‌شد، اما جایگزین کابرد برنز در آن زمان نشد.
کانی‌ها
آهن در اغلب رسها، ماسه‌سنگها و گرانیت‌ها وجود دارد. در میان کانه‌های مهم آن می‌توان از هماتیت، مگنتیت، پیریت و کالکوپیریت را نام برد.
آهن گاما
آهن گاما یکی از آلوتروپ‌های آهن است که در محدودهٔ دمایی ۹۱۲ تا ۱۳۹۴ درجه سانتیگراد پایدار بوده و ساختمان بلوری fcc (مکعبی مرکزپر) دارد.
آهن دلتا
آهن دلتا یکی از آلوتروپ‌های آهن است که از دمای ۱۴۰۱ درجه سانتیگراد تا ۱۵۳۹ درجه سانتیگراد (نقطهٔ ذوب آهن) پایدار است.
آهن دلتا دارای ساختمان بلوری مکعبی مرکزپر (bcc) است. آهن دلتا دارای خاصیت پارامغناطیس بوده و ثابت شبکه‌ی آن بزرگ‌تر از آهن آلفا است.
ثابت شبکهٔ آهن دلتا، ‎۲/۹۳ آنگستروم است.
آهن آلفا
آهن آلفا یکی از آلوتروپ‌های آهن است. این آلوتروپ از دمای ۲۷۳- درجه سانتیگراد تا ۹۱۰ درجه سانتیگراد پایدار است. این آلوتروپ دارای ساختمان بلوری مکعبی مرکزپر (bcc) است.
ثابت شبکهٔ آهن آلفای فرومغناطیس، ۲/۸۶ آنگستروم است.
آهن بتا
در دمای ۷۶۸ درجه سانتیگراد، آهن آلفای فرومغناطیس به آهن آلفای پارامغناطیس تبدیل می‌شود. این تحول، تحول آلوتروپیک نیست.
گاهی این آهن آلفای پارامغناطیس، آهن بتا خوانده می‌شود.
ثابت شبکهٔ این نوع آهن، ۲/۹ آنگستروم است.
تبر آهنی متعلق به عصر آهن سوئد در گاتلند سوئد یافت شده است. از قرن 10 تا 12 در خاورمیانه یک جابجایی سریع در تبدیل ابزار و سلاحهای برنزی به آهنی صورت گرفت. عامل مهم در این جابجائی ، آغاز ناگهانی تکنولوژیهای پیشرفته کار با آهن نبود، بلکه عامل اصلی ، مختل شدن تامین قلع بود. این دوره جابجایی که در زمانهای مختلف و در نقاط مختلفی از جهان رخ داد، دوره ای از تمدن به نام عصر آهن را بوجود آورد.
همزمان با جایگزینی آهن به جای برنز ، فرآیند کربوریزاسیون کشف شد که بوسیله آن به آهن موجود در آن زمان ، کربن اضافه می‌کردند. آهن را بصورت اسفنجی که مخلوطی از آهن و سرباره به همراه مقداری کربن یا کاربید است، بازیافت کردند. سپس سرباره آنرا با چکش‌کاری جدا نموده وم حتوی کربن را اکسیده می‌کردند تا بدین طریق آهن نرم تولید کنند.
مردم خاور میانه دریافتند که با حرارت دادن طولانی مدت آهن نرم در لایه ای از ذغال و آب دادن آن در آب یا روغن می‌توان محصولی بسیار محکم‌تر بدست آورد. محصول حاصله که دارای سطح فولادی است، از برنزی که قبلا” کاربرد داشت محکمتر و مقاوم‌تر بود. در چین نیز اولین بار از آهن شهاب سنگی استفاده شد و اولین شواهد باستان شناسی برای اقلام ساخته شده با آهن نرم در شمال شرقی نزدیک Xinjiang مربوط به قرن 8 قبل از میلاد بدست آمده است. این وسایل از آهن نرم و با همان روش خاورمیانه و اروپا ساخته شده بودند و گمان می‌رفت که برای مردم غیر چینی هم ارسال می‌کردند.
در سالهای آخر پادشاهی سلسله ژو ( حدود 550 قبل از میلاد) به سبب پیشرفت زیاد تکنولوژی کوره ، قابلیت تولید آهن جدیدی بوجود آمد. ساخت کوره‌های بلندی که توانایی حرارتهای بالای k 1300 را داشت، موجب تولید آهن خام یا چدن توسط چینِی‌ها شد. اگر سنگ معدن آهن را با کربن k 1470-1420 حرارت دهیم، مایع مذابی بدست می‌آید که آلیاژی با 5/96% آهن و 5/53% کربن است. این محصول محکم را می‌توان به شکلهای ریز و ظریفی در آورد. اما برای استفاده ، بسیار شکننده می‌باشند، مگر آنکه بیشتر کربن آنرا از بین ببرند.
از زمان سلسله ژو به بعد اکثر تولیدات آهن در چین به شکل چدن است. با این همه آهن بعنوان یک محصول عادی که برای صدها سال مورد استفاده کشاورزان قرار گرفته است،
باقی ماند و تا زمان سلسله شین ( حدود 221 قبل از میلاد ) عظمت چین را واقعا” تحت تاثیر قرار نداد.
توسعه چدن در اروپا عقب افتاد، چون کوره‌های ذوب در اروپا فقط توانایی k 1000 را داشت. در بخش زیادی از قرون وسطی در اروپای غربی آهن را همچنان با روش تبدیل آهن اسفنجی به آهن نرم بدست می‌آوردند. تعدادی از قالب‌گیریهای آهن در اروپا بین سالهای 1150 و 1350 بعد از میلاد در دو منطقه در سوئد به نامهای Lapphyttan و Vinarhyttan انجام شد.
دانشمندان می‌پندارند شاید این روش بعد از این دو مکان تا مغولستان آن سوی روسیه ادامه یافته باشد، اما دلیل محکمی برای اثبات این فرضیه وجود ندارد. تا اواخر قرن نوزدهم در هر رویدادی یک بازار برای کالاهای چدنی بوجود آمد، مانند درخواست برای گلوله‌های توپ چدنی.
در آغاز برای ذوب آهن از زغال چوب هم بعنوان منبع حرارتی و هم عامل کاهنده استفاده می‌شد. در قرن 18 در انگلستان تامین کنندگان چوب کم شدند و از زغال سنگ که یک سوخت فسیلی است، بعنوان منبع جانشین استفاده شد. این نوآوری بوسیلـــه Abraham Darby انرژی لازم برای انقلاب صنعتی را تامین نمود.
پیدایـــــــش
آهن یکی از رایج‌ترین عناصر زمین است که تقریبا” 5% پوسته زمین را تشکیل می‌دهد.
آهن از سنگ معدن هماتیت که عمدتا” Fe2O3 می‌باشد، استخراج می‌گردد. این فلز را بوسیله روش کاهش با کربن که عنصری واکنش‌‌پذیرتر است جدا می‌کنند. این عمل در کوره بلند در دمای تقریبا” 2000 درجه سانتی‌گراد انجام می‌پذیرد.
در سال 2000 ، تقریبا” 1100 میلیون تن سنگ معدن آهن با رشد ارزش تجاری تقریبا” 25 میلیارد دلار آمریکا استخراج شد. درحالیکه استخراج سنگ معدن آهن در 48 کشور صورت می‌گیرد، چین ، برزیل ، استرالیا ، روسیه و هند با تولید 70% سنگ آهن جهان پنج کشور بزرگ تولید کنندگان آن به‌حساب می‌آیند. برای تولید تقریبا” 572 میلیون تن آهن خام 1100 میلیون تن سنگ آهن مورد نیاز است.
خصوصیات قابل توجه
جرم یک اتم معمولی آهن 56 برابر جرم یک اتم معمولی هیدروژن می‌باشد. عقیده بر این است که آهن ، دهمین عنصر فراوان در جهان است. Fe مخفف واژه لاتین ferrum برای آهن می‌باشد. این فلز ، از سنگ معدن آهن استخراج می‌شود و به‌ندرت به حالت آزاد (عنصری) یافت می‌گردد.
برای تهیه آهن عنصری ، باید ناخالصیهای آن با روش کاهش شیمیایی از بین برود. آهن برای تولید فولاد بکار می‌رود که عنصر نیست، بلکه یک آلیاژ و مخلوطی است از فلزات متفاوت ( و تعدادی غیر فلز بخصوص کربن ). هسته اتمهای آهن دارای بیشترین نیروی همگیر در هر نوکلئون هستند بنابراین آهن با روش همجوشی ، سنگین‌ترین و با روش شکافت اتمی ، سبکترین عنصری است که بصورت گرمازایی تولید می‌شود.
وقتی یک ستاره که دارای جرم کافی می‌باشد چنین کاری انجام دهد، دیگر قادر به تولید انرژی در هسته‌اش نبوده و یک ابر اختر پدید می‌آید. آهن رایج‌ترین فلز در جهان به حساب می‌آید. الگوهای جهان شناختی با یک جهان باز پیش‌بینی زمانی را می‌کند که در نتیجه واکنشهای همجوشی و شکافت هسته ، همه چیز به آهن تبدیل خواهد شد!
کاربردهــــــــــا
کاربرد آهن از تمامی فلزات بیشتر است و 95 درصد فلزات تولید شده در سراسر جهان را تشکیل می‌دهد. قیمت ارزان و مقاومت بالای ترکیب آن استفاده از آنرا بخصوص در اتومبیلها ، بدنه کشتی‌های بزرگ و ساختمانها اجتناب ناپذیر می‌کند. فولاد معروف‌ترین آلیاژ آهن است و تعدادی از گونه‌های آهن به شرح زیر می‌باشد:
آهن خام که دارای 5%-4% کربن و مقادیر متفاوتی ناخالصی از قبیل گوگرد ، سیلیکون و فسفر است و اهمیت آن فقط به این علت است که در مرحله میانی مسیر سنگ آهن تا چدن و فولاد قرار دارد.
چدن ، شامل 5/3%-2% کربن و مقدار کمی منگنز می‌باشد. ناخالصی‌های موجود در آهن خام مثل گوگرد و فسفر که خصوصیات آنرا تحت تاثیر منفی قرار می‌دهد، در چدن تا حد قابل قبولی کاهش می‌یابند. نقطه ذوب چدن بین k 1470-1420 می‌باشد که از هر دو ترکیب اصلی آن کمتر است و آنرا به اولین محصول ذوب شده پس از گرم شدن همزمان کربن و آهن تبدیل می‌کند. چدن بسیار محکم ، سخت و شکننده می‌باشد. چدن مورد استفاده حتی چدن گرمای سفید موجب شکستن اجسام می‌شود.
فولاد کربن شامل 5/1% – 5/0% کربن و مقادیر کم منگنز ، گوگرد ، فسفر و سیلیکون است.
آهن ورزیده ( آهن نرم) دارای کمتر از 5/0% کربن می‌باشد و محصولی محکم و چکش‌خوار است، اما به اندازه آهن خام گدازپذیر نیست. حاوی مقادیر بسیار کمی کربن است ( چند دهم درصد). اگر یک لبه آن تیز شود، به‌سرعت تیزی خود را از دست می‌دهد.
فولادهای آلیاژ حاوی مقادیر متفاوتی کربن بعلاوه فلزات دیگر مانند کروم ، وانادیم ، مولیبدن ، نیکل ، تنگستن و … می‌باشد.
اکسیدهای آهن برای ساخت ذخیره مغناطیسی در کامپیوتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها اغلب با ترکیبات دیگری مخلوط شده و خصوصیات مغناطیسی خود را بصورت محلول هم حفظ می‌کنند.
ترکیبات
معمولترین حالات اکسیداسیون آهن عبارتند از:
حالت فروس 2+Fe
حالت فریک 3+Fe
حالت فریل 4+Fe که با تعدادی آنزیم ( مثلا” پیروکسیدازها ) پایدار شده است.
آهن ( VI) هم معروف است (اگرچه کمیاب می‌باشد). درصورتیکه به شکل فرات پتاسیم باشد، ( K2FeO ) یک اکسید کننده انتخابی برای الکلهای نوع اول می‌باشد. این ماده جامد فقط در
شرائط خلاء و ارغوانی تیره پایدار است، هم به صورت محلول سوزآور و هم بصورت یک ماده جامد.
کاربید آهن Fe3C به نام سمنتیت معروف است.
بیولـــــــوژی
آهن ، اتم اصلی مولکول هِم ( بخشی از گلبول قرمز) و بنابراین جزء ضروری تمامی هموپروتئین‌ها محسوب می‌شود. به همین علت ، وجود این عنصر در حیوانات حیاتی می‌باشد. همچنین آهن غیر آلی در زنجیره‌های آهن – گوگرد بسیاری از آنزیمها یافت می‌شود. باکتریها اغلب از آهن استفاده می‌کنند. وقتی بدن در حال مبارزه با یک عفونت باکتریایی است، برای عدم دستیابی باکتری به آهن ، این عنصر را پنهان می‌کند.
ایزوتوپها
آهن بطور طبیعی دارای چهار ایزوتوپ پایدار Fe-54 , Fe56 , Fe-57 , Fe-58 می‌باشد. فراوانی نسبی ایزوتوپهای آهن در طبیعت تقریبا” Fe-54 8/5% ، Fe-56 7/91%، Fe-57 2/2% و Fe-58 3/0% است.Fe-60 که نوکلید پرتوزای غیر فعال است، دارای نیمه عمر 5,1 (Myr) می‌باشد. بیشتر تلاش گذشته برای اندازه گیری ترکیبات ایزوتوپی آهن به‌علت فرآیندهایی که توام با نوکلئوسنتز ( مانند مطالعات شهاب سنگها ) و شکل‌گیری کانی‌ها هستند، حول محور تعیین انواع مختلف Fe-60 صورت گرفته است.
در وهله‌های مختلف ، شهاب سنگهای Semarkona و Chervony Kut می‌توان بین تمرکز Ni-nickel|60 ( محصول اخترچه Fe-60 ) و فراوانی ایزوتوپهای پایدار آهن ارتباطی یافت که
دلیلی برای وجود آهن 60 در زمان شکل‌گیری منظومه شمسی می‌باشد. احتمالا” انرژی آزاد شده توسط فروپاشی آهن 60 به همراه انرژی رها شده بر اثر فروپاشی نوکلئید پرتوزای Al-26 ، در ذوب مجدد و تفکیک اخترچه‌های بعد از شکل‌گیری آنها 4,6 میلیارد سال پیش تاثیر داشته است. فراوانی Ni-60 موجود در مواد فرازمینی نیز ممکن است آگاهی بیشتری در مورد منشاء منظومه شمسی و تاریخ ابتدایی آن ارائه نماید.
در بین ایزوتوپهای پایدار فقط آهن 57 دارای اسپین اتمی است،(2/1-). به همین خاطر آهن 57 در شیمی و بیوشیمی بعنوان یک ایزوتوپ اسپینی دارای کاربرد است.
هشدارهـــــــــا
مصرف بیش از حد آهن خوراکی ایجاد مسمومیت می‌کند، چون مقدار زیاد آهن فروس با پروکسیدهای بدن واکنش کرده ، تولید بنیانهای آزاد می‌کند. وقتی مقدار آهن در بدن طبیعی است، مکانیسمهای ضد اکسیداسیون خود بدن قادر به کنترل این فرآیند می‌باشد. اگر مقدار آهن بیش از نرمال باشد، مقادیر غیرقابل کنترل بنیانهای آزاد بوجود می‌آید.
مقدار کشنده آهن برای یک کودک 2 ساله تقریبا” 3 گرم بوده و یک گرم آن مسمومیت جدی در پی خواهد داشت. گزارشهایی مبنی بر مسمومیت کودکان در اثر مصرف 10 تا 50 عدد قرص سولفات آهن در کوتاه مدت وجود دارد.مصرف بیش از حد آهن بر اثر خوردن غیر عمدی داروها عامل جدی مرگ و میر در کودکان است. افزایش غیرقابل کنترل آهن در بدن ، موجب بروز بیماری به نام hemochromatosis می‌گردد. آهن اضافی در کبد جمع شده ،
موجب بیماری آهن زدگی siderosis و آسیبهای عضوی می‌شود. به همین دلیل افرادیکه کمبود آهن ندارند، نباید مکملهای آهن مصرف کنند.
فولاد

اصطلاح فولاد برای آلیاژهای آهن که بین ۰/۰۲۵ تا حدود ۲ درصد کربن دارند بکار می‌رود فولادهای آلیاژی غالبا با فلزهای دیگری نیز همراهند. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد.
کاربرد انواع مختلف فولاد
از فولادی که تا ۰٫۲ درصد کربن دارد، برای ساختن سیم، لوله و ورق فولاد استفاده می‌شود. فولاد متوسط ۰٫۲ تا ۰٫۶ درصد کربن دارد و آن را برای ساختن ریل، دیگ بخار و قطعات ساختمانی بکار می‌برند. فولادی که ۰٫۶ تا ۱٫۵ درصد کربن دارد، سخت است و از آن برای ساختن ابزارآلات، فنر و کارد و چنگال استفاده می‌شود.
ناخالصی‌های آهن و تولید فولاد
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 مونوکسید کربن (CO) یا دی‌اکسید کربن (CO۲) در می‌آید. چنانچه ناخالصی اصلی منگنز باشد، یک کمک ذوب اسیدی که معمولاً دی‌اکسید سیلسیم (SiO۲) است، بکار می‌برند:
(MnO + SiO۲ ——-> MnSiO۳(l
و چنانچه ناخالصی اصلی سیلسیم یا فسفر باشد (و معمولاً چنین است)، یک کمک ذوب بازی که معمولاً اکسید منیزیم (MgO) یا اکسید کلسیم (CaO) است، اضافه می‌کنند:
(MgO + SiO۲ ——-> MgSiO۲(l
(۶MgO + P۴O۱۰ ——-> ۲Mg۳(PO۴)۲(l
کوره تولید فولاد و جدا کردن ناخالصی‌ها
معمولاً جداره داخلی کوره‌ای را که برای تولید فولاد بکار می‌رود، توسط آجرهایی که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند، می‌پوشانند. این پوششی مقداری از اکسیدهایی را که باید خارج شوند، به خود جذب می‌کند. برای جدا کردن ناخالصی‌ها، معمولاً از روش کوره باز استفاده می‌کنند. این کوره یک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن ۱۰۰ تا ۲۰۰ تن آهن مذاب جای می‌گیرد.
بالای این ظرف، یک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روی سطح فلز مذاب منعکس می‌کند. جریان شدیدی از اکسیژن را از روی فلز مذاب عبور می‌دهند تا ناخالصی‌های موجود در آن بسوزند. در این روش ناخالصیها در اثر انتقال گرما در مایع و عمل پخش به سطح مایع می‌آیند و عمل تصفیه چند ساعت طول می‌کشد، البته مقداری از آهن، اکسید می‌شود که آن را جمع‌آوری کرده، به کوره بلند باز می‌گردانند.
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 CO۲ 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 و معمولاً محصولی یکنواخت و دارای کیفیت خوب بدست می‌آید.
تبدیل آهن به فولاد آلیاژی
آهن مذاب تصفیه شده را با افزودن مقدار معین کربن و فلزهای آلیاژ دهنده مثل وانادیم، کروم، تیتانیم، منگنز و نیکل به فولاد تبدیل می‌کنند. فولادهای ویژه ممکن است مولیبدن، تنگستن یا فلزهای دیگر داشته باشند. این نوع فولادها برای مصارف خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در دمای زیاد، آهن و کربن با یکدیگر متحد شده، کاربید آهن (Fe۳C) به نام «’سمنتیت» تشکیل می‌دهند. این واکنش، برگشت‌پذیر و گرماگیر است:
Fe۳C <——- گرما + ۳Fe + C
هرگاه فولادی که دارای سمنتیت است، به کندی سرد شود، تعادل فوق به سمت تشکیل آهن و کربن، جابجا شده، کربن به صورت پولکهای گرافیت جدا می‌شود. این مکانیزم در چدن‌ها که درصد کربن در آنها بیشتر است، اهمیت بیشتری دارد. برعکس، اگر فولاد به سرعت سرد شود، کربن عمدتاً به شکل سمنتیت باقی می‌ماند. تجزیه سمنتیت در دمای معمولی به اندازه‌ای کند است که عملا انجام نمی‌گیرد.
تهیه فولاد
اطلاعات اولیه

محصول کوره ذوب آهن ، چدن است که معمولا دارای ناخالصی کربن و مقادیر جزئی ناخالصی‌های دیگر است که به نوع سنگ معدن و ناخالصی‌های همراه آن و همچنین به چگونگی کار کوره بلند ذوب آهن بستگی دارد. از آنجایی که مصرف عمده آهن در صنعت بصورت فولاد است، از این رو ، باید به روش مناسب چدن را به فولاد تبدیل کرد که در این عمل ناخالصی‌های کربن و دیگر ناخالصی‌ها به مقدار ممکن کاهش ‌یابند.

روشهای تهیه فولاد
از سه روش برای تهیه فولاد استفاده می‌شود:
روش بسمه
در این روش ، ناخالصی‌های موجود در چدن مذاب را به کمک سوزاندن در اکسیژن کاهش داده ، آن را به فولاد تبدیل می‌کنند. پوشش جدار داخلی کوره بسمه از سیلیس یا اکسید منیزیم و گنجایش آن در حدود 15 تن است. نحوه کار کوره به این ترتیب است که جریانی از هوا را به داخل چدن مذاب هدایت می‌کنند تا ناخالصی‌های کربن و گوگرد به‌صورت گازهای SO2 و CO2 از محیط خارج شود و ناخالصی‌های فسفر و سیلیس موجود در چدن مذاب در واکنش با اکسیژن موجود در هوا به‌صورت اکسیدهای غیر فرار P4O10 و SiO2 جذب جدارهای
داخلی کوره شوند و به ترکیبات زودگداز Mg3(PO4)2 و MgSiO3 تبدیل و سپس به‌صورت سرباره خارج شوند.
سرعت عمل این روش زیاد است، به همین دلیل کنترل مقدار اکسیژن مورد نیاز برای حذف دلخواه ناخالصی‌های چدن غیرممکن است و در نتیجه فولاد با کیفیت مطلوب و دلخواه را نمی‌توان به این روش بدست آورد.
روش کوره باز (یا روش مارتن)
در این روش برای جدا کردن ناخالصی‌های موجود در چدن ، از اکسیژن موجود در زنگ آهن یا اکسید آهن به جای اکسیژن موجود در هوا در روش بسمه (به منظور سوزاندن ناخالصی‌هایی مانند کربن ، گوگرد و غیره) استفاده می‌شود. برای این منظور از کوره باز استفاده می‌شود که پوشش جدار داخلی آن از MgO و CaO تشکیل شده است و گنجایش آن نیز بین 50 تا 150 تن چدن مذاب است. حرارت لازم برای گرم کردن کوره از گازهای خروجی کوره و یا مواد نفتی تأمین می‌شود. برای تکمیل عمل اکسیداسیون ، هوای گرم نیز به چدن مذاب دمیده می‌شود. زمان عملکرد این کوره طولانی‌تر از روش بسمه است. از این نظر می‌توان با دقت بیشتری عمل حذف ناخالصی‌ها را کنترل کرد و در نتیجه محصول مرغوب‌تری بدست آورد.
روش الکتریکی
از این روش در تهیه فولادهای ویژه‌ای که برای مصارف علمی ‌و صنعتی بسیار دقیق لازم است، استفاده می‌شود که در کوره الکتریکی با الکترودهای گرافیت صورت می‌گیرد. از
ویژگی‌های این روش این است که احتیاج به ماده سوختنی و اکسیژن ندارد و دما را می‌توان نسبت به دو روش قبلی ، بالاتر برد.
این روش برای تصفیه مجدد فولادی که از روش بسمه و یا روش کوره باز بدست آمده است، به منظور تبدیل آن به محصول مرغوبتر ، بکار می‌رود. برای این کار مقدار محاسبه شده ای از زنگ آهن را به فولاد بدست آمده از روشهای دیگر ، در کوره الکتریکی اضافه کرده و حرارت می‌دهند. در این روش ، برای جذب و حذف گوگرد موجود در فولاد مقدار محاسبه شده‌ای اکسید کلسیم و برای جذب اکسیژن محلول در فولاد مقدار محاسبه شده ای آلیاژ فروسیلیسیم (آلیاژ آهن و سیلیسیم) اضافه می‌کنند.
انواع فولاد و کاربرد آنها
از نظر محتوای کربن ، فولاد به سه نوع تقسیم می‌شود:
فولاد نرم
این نوع فولاد کمتر از 0,2 درصد کربن دارد و بیشتر در تهیه پیچ و مهره ، سیم خاردار و چرخ دنده ساعت و … بکار می‌رود.
فولاد متوسط
این فولاد بین 0,2 تا 0,6 درصد کربن دارد و برای تهیه ریل و راه آهن و مصالح ساختمانی مانند تیرآهن مصرف می‌شود.
فولاد سخت
فولاد سخت بین 0,6 تا 1,6 درصد کربن دارد که قابل آب دادن است و برای تهیه فنرهای فولادی ، تیر ، وسایل جراحی ، مته و … بکار می‌رود.
فولاد ضد زنگ

بر روی کارد و چنگال آشپز خانه کلمات Stain steel را می بینید و همین طور در پشت ساعت ها . فولاد ضد زنگ را فولاد زنگ نزن نیز می گویند . فولاد ضد زنگ آلیاژی است که در آن کروم به کار رفته است . سه نوع فولاد ضد زنگ وجود دارد . نوع اول آن دارای ۱۳
درصد کروم و مقداری نیکل و بقیه آهن . نوع دوم آن دارای ۱۷ درصد کروم و ۲ درصد نیکل و بقیه آهن است . نوع سوم آن دارای ۱۸ درصد کروم و۶ درصد نیکل وبقیه آهن است . فولاد ضد زنگ در تهیه آلات برنده به کار می رود و علت آن مقاومت این آلیاژ در برابر خوردگی است . آلیاژ های کروم بدون آهن شامل آلیاژ نیکروم و کرومل است که در وسایل گرمایی مختلف به علت خاصیت مقاومت الکتریکی شان به کار می روند .کروم چون زنگ نمی زند برای روکش کردن سایر فلزات به کار می رود . ترکیبات کروم در رنگرزی و دباغی نیز به کار می روند . مواد نسوزی که به عنوان آستر کوره های الکتریکی مصرف می شوند از مخلوط کردن سنگ معدن کرومیت با خاک چینی یا اکسید منیزیم تهیه می شوند . فولاد کروم که دارای ۴ درصد کروم و ۱ در صد کربن است بسیار سخت بوده و موارد استعمال فراوان دارد . فولاد کروم ـ وانادیم خیلی سخت و محکم بوده و در ساختن فنرها و چرخ های اتومبیل به کار می رود . فولادکروم ـ نیکل در روکش کردن سلاح های جنگی و فولاد های کروم تنگستن و کروم مولیبدن در ساختن ابزار هایی که با سرعت خیلی زیاد کار می کنند مصرف می شود . نیکروم که قبلا به آن اشاره شد آلیاژی است که دارای ۱۱ تا ۲۵ درصد کروم و بقیه نیکل است . استلیت آلیاژی است که دارای کروم کبالت وتنگستن است و در وسایل جراحی و قسمت هایی از موتور اتوموبیل به کار رفته است . در شیشه های رنگی نیز مفداری از نمک های کروم دار مصرف شده است .
فولاد کاغذی
نگرانی که ذهن اکثر فولادسازان جهان را به خود مشغول کرده، این است که هر چقدر افزایش تقاضا برای مصرف فولاد از میزان روزهای اوج خود کمتر شود، افزایش چشمگیر و قابل
ملاحظه در ظرفیت تولید فولاد چین به سمت صادرات به بازارهای مصرف خارج گرایش پیدا خواهد کرد.
سال‌های آغازین قرن بیستم، تولید فولاد یکی از شاخص‌های مهم قدرت در عرصه بین‌المللی به شمار می‌رفت. در واقع، تولید فولاد نشان‌دهنده قدرت کشورهای تولیدکننده بود. در حال حاضر نیز با وجودی که بیشتر توجهات به سمت صنایع دانش‌محور نظیر صنایع مهندسی و نرم‌افزارهای رایانه‌ای معطوف شده است، ولی هنوز هم هر نوع تغییر و تحول در بازار فولاد، باعث خبرسازی در جهان اقتصاد می‌شود. البته دنیای امروز فولاد بیشتر تحت تأثیر انفجار اقتصادی چین قرار دارد، زیرا این کشور هم‌اکنون به تنهایی یک‌چهارم کل فولاد تولیدی جهان را مصرف می‌کند. در حقیقت، افزایش چشمگیر تقاضای مصرف فولاد این کشور در اواخر سال ۲۰۰۳، باعث خروج این صنعت از کسادی شد. این در حالی بود که در همان زمان آمریکا برای جلوگیری از ورشکستگی سریالی کارخانجات فولادسازی خود، اقدام به وضع تعرفه واردات بر فولاد کرده بود، ولی مصرف فولاد در چین در این فاصله زمانی آنچنان بالا ‌رفت که در نوع خود موجب افزایش قیمت فولاد در سراسر جهان گردید. برای مثال، ورق فولادی مورد استفاده در ساخت خودرو و یخچال از ۲۰۰ دلار در هر تن به بیش از ۶۰۰ دلار افزایش پیدا کرد.
همین امر باعث شد تا کارخانجات فولادسازی در برخی موارد به یک حاشیه سود ۳۰ درصدی دست پیدا کنند که سود آنها را در هر تن ۱۵۰ تا ۲۵۰ دلار افزایش می‌داد. در این میان، ظرفیت تولید فولاد چین از ۱۱ درصد کل تولید جهانی این کالای استراتژیک در سال ۱۹۹۴، به ۲۵ درصد در سال ۲۰۰۵ بالغ شده است. همچنین میزان تولید فولاد چین از سال ۲۰۰۰ تاکنون ۳
برابر شده است. این در حالی است که میزان مصرف فولاد این کشور نیز در این فاصله زمانی دو برابر شده است، لذا با هر موج افزایش تقاضای مصرف در چین، بازارهای مصرف جهان دچار تنش فولادی می‌شوند. تابستان سال گذشته چین در مجموع یک صادرکننده محض فولاد به بازارهای مصرف خارجی بود. به همین دلیل، بهای هر تن سیم فولادی از ۶۰۰ دلار در ماه مارس به ۴۴۰ دلار در هر تن در اوایل تابستان کاهش پیدا کرد. در واقع، با وجودی که در طول تابستان سال گذشته مقداری قیمت‌ها افزایش پیدا کرده بود، ولی کاهش چشمگیر قیمت‌ها نشان داد که چین تا چه اندازه می‌تواند بر سایر بازارهای فولاد در گوشه و کنار جهان تأثیر بگذارد.
● تهدید چین
در این میان، نگرانی که ذهن اکثر فولادسازان جهان را به خود مشغول کرده، این است که هر چقدر افزایش تقاضا برای مصرف فولاد از میزان روزهای اوج خود کمتر شود، افزایش چشمگیر و قابل ملاحظه در ظرفیت تولید فولاد چین به سمت صادرات به بازارهای مصرف خارج گرایش پیدا خواهد کرد. حتی افزایش ظرفیت بازار داخلی، قیمت‌های محلی فولاد در چین را به کمتر از ۳۰۰ دلار در هر تن ورق فولاد کاهش داده است که به مراتب کمتر از سطح قیمت آن در سایر بازارهای خارجی نظیر آمریکا می‌باشد. به همین دلیل، صادرات تنها راه مبارزه با کاهش بیش از حد قیمت فولاد در چین خواهد بود.
لازم به ذکر است، در نیمه اول سال ۲۰۰۵، میزان کل صادرات فولاد چین ۱۸۵ درصد افزایش پیدا کرد که در نوع خود موجب گردید تا رتبه این کشور از مقام هشتم به مقام سوم در بین لیگ فولادسازان جهان ارتقاء پیدا کند. با این حساب، تنها ژاپن و روسیه در حال حاضر در
زمینه صادرات فولاد از چین جلوتر هستند. شواهد موجود نشان می‌دهند که میزان ظرفیت تولید فولاد چین به سرعت در حال افزایش است. جالب آنکه، چین چند سال پیاپی است که هر سال ۳۵ میلیارد دلار بر روی صنعت فولاد خود سرمایه‌گذاری می‌کند. مضاف بر این، پکن در نظر دارد در آینده نزدیک چهار کارخانه بزرگ فولادسازی دیگر را هم راه‌اندازی نماید. به گفته پیتر مارکوس، از خبرگان صنعت فولادسازی و مدیرعامل کارخانه فولادسازی نیویورک، چین تا سال ۲۰۱۰ میزان ظرفیت تولید فولاد خود را تا ۶۳ میلیون تن در سال افزایش خواهد داد که به مراتب فراتر از پیش‌بینی‌های صورت گرفته در این زمینه می‌باشد.
بدین ترتیب، بعید به نظر می‌رسد که در سال‌های آتی کشوری در دنیا بتواند به رکورد چین دست پیدا کرده و یا حتی توانایی رقابت با این کشور را داشته باشد. البته یک نکته را نباید از نظر دور نگه داشت و آن اینکه، تهدید فولادی چین برای سایر فولادسازان بین‌المللی، همه‌جانبه نیست. برای مثال، این کشور ذخایر کنسانتره آهن کمی در اختیار دارد. به علاوه، کیفیت کنسانتره فولاد تولیدی چین نسبت به سایر غول‌های فولادسازی منطقه آسیا نظیر هند، بسیار پایین است. همین امر موجب شده تا چین برای جبران این وضعیت دست به واردات پرهزینه و گران کنسانتره آهن با کیفیت از کشورهای استرالیا و برزیل بزند که در نوع خود فولاد تولیدی این کشور را مقداری به لحاظ رقابتی تنزل داده است. بهای بالای انرژی و وجود زیرساخت‌های ضعیف برای جابه‌جایی فولاد در چین، از دیگر کاستی‌های این کشور در زمینه تولید فولاد می‌باشد. به این جمع، یکپارچه نبودن و عدم انسجام میان واحدهای تولید فولاد این کشور را نیز باید اضافه کرد، در حالی که دولت چین تلاش فراوانی برای ایجاد انسجام میان آنها به عمل آورده است. با این توضیحات می‌توان به راحتی نتیجه‌گیری کرد که بازارهای بین‌المللی نباید خطر صادرات فولاد چینی را خیلی جدی بگیرند، زیرا خطر اصلی به ساخت

فایل : 24 صفحه

فرمت : Word