مراحل صناعة الحديد والصلب

يوجد الحديد في الطبيعة بصورة أكاسيد غير نقية تحتوي على بعض الشوائب مثل أكسيد المغنسيوم وأكسيد الكالسيوم والالومنيا والسيليكا، بالإضافة إلى نسبة من عناصر ضارة مثل الزرنيخ والكبريت والفسفور، ولكنه يستخدم بكثرة في الحياة ويعتبر من أهم المعادن.

الحديد المطاوع : نسبة الحديد في الحديد المطاوع تبلغ حوالي 99.9%، أما العناصر الأخرى فتكون نسبتها 0.01%، ويتميز هذا النوع بأنه أكثر مرونة من الأنواع الأخرى، ويتم استخراجه من خام الحديد.

هناك نوعان من الحديد الصلب و هما:

الصلب المطاوع : يتكون من حديد يحتوي على الكربون بالإضافة إلى عدة عناصر أخرى، والتي تؤثر على الخصائص الفيزيائية للحديد لجعله فولاذيا.

الصلب الكربوني : يتكون صلب من 3.0 إلى 7.0 % كربون ويتميز بعدم وجود الشوائب.

مراحل صناعة الحديد في المصانع

– المدخلات :

يتم وضع الحديد الخردة داخل الأفران باستخدام بوتقة خاصة، حيث يتم رفع الحديد باستخدام رافعة كهربائية كبيرة.

تختلف النسب المختلفة للعنصر الكربون بين 37% و 39%، ومن الأفضل أن تكون النسبة 22%.
يعمل عنصرا السيليكون والمنجنيز على تعديل مستوى الحديد.
– هناك بعض الأحجار الجيرية التي تعمل على التخلص من نسب الفسفور.

– عملية الإنتاج : يتم صهر الحديد في فرن القوس الكهربائي، وبعد وضع الحديد في الفرن وإغلاقه، يتم صب الحديد بعد عملية الصهر، ويرفع الحديد بواسطة أوناش كهربائية، ويتم صبه من جديد في جهاز الصب ليصبح شكله دائريا، ويتم تمرير الحديد في ماكينة الاستعدال بعد خروجه من ماكينة الصب، وتتحول أشكال الحديد إلى شكل مستطيلات متوازية باستخدام ماكينة الاستعدال.

ثم يتم تمريره إلى المقص الأوتوماتيكي الذي يقوم بقطعه إلى أبعاد مختلفة. يتم تبريده عن طريق تمريره عبر المواسير، ثم يوضع الحديد في فرن التدين الذي يستخدم لتسخينه بدرجات حرارة عالية تصل إلى ألف درجة مئوية لتسهيل عملية تشكيله. يمر الحديد بعد ذلك بمراحل عدة لقطعه المسخن، مما يؤدي إلى تقليل قطره حتى يصل إلى القطر المطلوب. بعد ذلك، يتم وضع الأسياخ على حصيرة لتبريده.

– المخرجات : تكون حديد التسليح مصنوعا من عدة أقطار مثل ٢٢ و ١٩ و ١٦ و ١٢ مليمتر، وهناك أيضا قطع حديد إضافية تباع فقط لمصانع الدرفلة الآلية .

صناعة الحديد بالفرن العالي : يتم تدفئة الحديد الخام بالتيار الهوائي الساخن من خلال أنابيب النفخ تحت الفرن، ويحدث تفاعل الأكسجين مع الفحم الحجري، وينتج عن ذلك غاز أول أكسيد الكربون، ويمرر هذا الغاز عبر شقوق في الفحم الحجري، مما يتسبب في اختزال أكسيد الحديد وتحويله إلى ثاني أكسيد الكربون، وتتكون منتجات أخرى من العملية مثل أكسيد الحديد والغازات والحديد المصهور.

طريقة الصهر : تنتج هذه الطريقة الفولاذ بطريقة مباشرة وبخطوة واحدة، حيث يكون شكل الحديد سائلا في هذه العملية. تتكون العملية من مرحلتين، الأولى هي وضع الحديد في فرن أسطواني مملوء بالفحم والاختزال الجزئي لخام الحديد، ثم يخلط الخام مع الحجر الجيري والفحم. في المرحلة الثانية، يتم اختزال الخام وصهره.

طريقة أرند : هذه الطريقة هي واحدة من طرق إنتاج الحديد الحديثة، وتتميز بأنها تتم في فرن واحد، وتولد الطاقة الكهربائية من خلال الحرارة التي تتولد من احتراق الفحم، وتقلل من التلوث البيئي. يتم إنتاج الحديد من خلال عمليتين، حيث يتم حقن (نشارة الفحم – الأكسجين – الحجر الجيري – نشارة الفحم – حبيبات الخام) في الفرن في العملية الأولى، مما يؤدي إلى صهر واختزال الخام الحديدي، ثم يتم نقل الحديد الخام إلى الجزء السفلي من الفرن .