آهن چیست ؟ و کاربرد آهن چیست ؟
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.
تاریخچه
اولین نشانه های استفاده از آهن به زمان سومریان و مصریان بر می گردد که تقریبا 4000 سال قبل از میلاد با آهن کشف شده از شهاب سنگها اقلام کوچکی مثل سر نیزه و زیور آلات می ساختند. 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 می کند ) در بین النهرین , آسیای صغیر و مصر به چشم می خورد اما ظاهرا تنها در تشریفات از آهن استفاده می شد و آهن فلزی گرانبها حتی باارزش تر از طلا به حساب می آمد.
بر اساس تعدادی از منابع آهن , بعنوان یک محصول جانبی از تصفیه مس تولید می شد – 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 می شد, اما جایگزین کابرد برنز در آن زمان نشد.
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 سلاح های برنزی به آهنی صورت گرفت. عامل مهم در این جابجایی , آغاز ناگهانی تکنولوژی های 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 می کردند. آهن را بصورت اسفنجی که مخلوطی از آهن و سرباره به همراه مقداری کربن یا کاربید است, بازیافت کردند. سپس سرباره آنرا با چکش کاری جدا نموده وم حتوی کربن را اکسیده می کردند 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 می توان محصولی بسیار محکم تر بدست آورد. محصول حاصله که دارای سطح فولادی است, از برنزی که قبلا کاربرد داشت محکمتر و مقاوم تر 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 می رفت که برای مردم غیر چینی هم ارسال می کردند.
در سالهای آخر پادشاهی سلسله ژو ( حدود 550 قبل از میلاد) به سبب پیشرفت زیاد تکنولوژی کوره , قابلیت تولید آهن جدیدی بوجود آمد. ساخت کوره های بلندی که توانایی حرارتهای بالای k 1300 را داشت, موجب تولید آهن خام یا چدن توسط چینِی ها شد. اگر سنگ معدن آهن را با کربن k 1470-1420 حرارت دهیم, مایع مذابی بدست می آید که آلیاژی با 5/96% آهن و 5/53% کربن است. این محصول محکم را می توان به شکلهای ریز و ظریفی در آورد. اما برای استفاده , بسیار شکننده می باشند, 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 کوره های 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 می آوردند. تعدادی از قالب گیریهای آهن در اروپا بین سالهای 1150 و 1350 بعد از میلاد در دو منطقه در سوئد به نامهای Lapphyttan و Vinarhyttan انجام شد.
دانشمندان می پندارند 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 گلوله های توپ چدنی.
در آغاز برای ذوب آهن از زغال چوب هم بعنوان منبع حرارتی و هم عامل کاهنده استفاده می شد. 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.
پیدایش
آهن یکی از رایج ترین عناصر زمین است که تقریبا 5% پوسته زمین را تشکیل می دهد.
آهن از سنگ معدن هماتیت که عمدتا Fe2O3 می باشد, استخراج می گردد. این فلز را بوسیله روش کاهش با کربن که عنصری واکنش پذیرتر است جدا می کنند. این عمل در کوره بلند در دمای تقریبا 2000 درجه سانتی گراد انجام می پذیرد.
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 می گیرد, چین , برزیل , استرالیا , روسیه و هند با تولید 70% سنگ آهن جهان پنج کشور بزرگ تولید کنندگان آن به حساب می آیند. 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 می باشد. عقیده بر این است که آهن , دهمین عنصر فراوان در جهان است. Fe مخفف واژه لاتین ferrum برای آهن می باشد. این فلز , از سنگ معدن آهن استخراج می شود و به ندرت به حالت آزاد (عنصری) یافت می گردد.
برای تهیه آهن عنصری , باید ناخالصیهای آن با روش کاهش شیمیایی از بین برود. آهن برای تولید فولاد بکار می رود که عنصر نیست, بلکه یک آلیاژ و مخلوطی است از فلزات متفاوت (تعدادی غیر فلز بخصوص کربن ). هسته اتمهای آهن دارای بیشترین نیروی همگیر در هر نوکلئون هستند بنابراین آهن با روش همجوشی , سنگین ترین و با روش شکافت اتمی , سبکترین عنصری است که بصورت گرمازایی تولید می شود.
وقتی یک ستاره که دارای جرم کافی می باشد چنین کاری انجام دهد, دیگر قادر به تولید انرژی در هسته اش نبوده و یک ابر اختر پدید می آید. آهن رایج ترین فلز در جهان به حساب می آید. الگوهای جهان شناختی با یک جهان باز پیش بینی زمانی را می کند که در نتیجه واکنشهای همجوشی و شکافت هسته , همه چیز به آهن تبدیل خواهد شد.
کاربردها
کاربرد آهن از تمامی فلزات بیشتر است و 95 درصد فلزات تولید شده در سراسر جهان را تشکیل می دهد. قیمت ارزان و مقاومت بالای ترکیب آن استفاده از آنرا بخصوص در اتومبیلها , بدنه کشتی های بزرگ و ساختمانها اجتناب ناپذیر می کند. فولاد معروف ترین آلیاژ آهن است و تعدادی از گونه های آهن به شرح زیر می باشد:
• 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 می باشد. ناخالصی های موجود در آهن خام مثل گوگرد و فسفر که خصوصیات آنرا تحت تاثیر منفی قرار می دهد, در چدن تا حد قابل قبولی کاهش می یابند. نقطه ذوب چدن بین k 1470-1420 می باشد 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 می کند. چدن بسیار محکم , سخت و شکننده می باشد. چدن مورد استفاده حتی چدن گرمای سفید موجب شکستن اجسام می شود.
• 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 می باشد و محصولی محکم و چکش خوار است, اما به اندازه آهن خام گدازپذیر نیست. حاوی مقادیر بسیار کمی کربن است ( چند دهم درصد). اگر یک لبه آن تیز شود, به سرعت تیزی خود را از دست می دهد.
• فولادهای آلیاژ حاوی مقادیر متفاوتی کربن بعلاوه فلزات دیگر مانند کروم , وانادیم , مولیبدن , نیکل , تنگستن و … می باشد.
• اکسیدهای آهن برای ساخت ذخیره مغناطیسی در کامپیوتر مورد استفاده قرار می گیرند. آنها اغلب با ترکیبات دیگری مخلوط شده و خصوصیات مغناطیسی خود را بصورت محلول هم حفظ می کنند.
ترکیبات
معمول ترین 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 می باشد). درصورتیکه به شکل فرات پتاسیم باشد, ( K2FeO ) یک اکسید کننده انتخابی برای الکلهای نوع اول می باشد. 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.
بیولوژی
آهن , اتم اصلی مولکول هِم ( بخشی از گلبول قرمز) و بنابراین جزء ضروری تمامی هموپروتئین ها محسوب می شود. به همین علت , وجود این عنصر در حیوانات حیاتی می باشد. همچنین آهن غیر آلی در زنجیره های آهن – گوگرد بسیاری از آنزیمها یافت می شود. باکتریها اغلب از آهن استفاده می کنند. وقتی بدن در حال مبارزه با یک عفونت باکتریایی است, برای عدم دستیابی باکتری به آهن , این عنصر را پنهان می کند.
ایزوتوپها
آهن بطور طبیعی دارای چهار ایزوتوپ پایدار Fe-54 , Fe56 , Fe-57 , Fe-58 می باشد. 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) می باشد. بیشتر تلاش گذشته برای اندازه گیری ترکیبات ایزوتوپی آهن به علت فرآیندهایی که توام با نوکلئوسنتز ( مانند مطالعات شهاب سنگها ) و شکل گیری کانی ها هستند, حول محور تعیین انواع مختلف Fe-60 صورت گرفته است.
در وهله های مختلف , شهاب سنگهای Semarkona و Chervony Kut می توان بین تمرکز Ni-nickel|60 ( محصول اخترچه Fe-60 ) و فراوانی ایزوتوپهای پایدار آهن ارتباطی یافت که دلیلی برای وجود آهن 60 در زمان شکل گیری منظومه شمسی می باشد. 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 اخترچه های بعد از شکل گیری 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.
هشدارها
مصرف بیش از حد آهن خوراکی ایجاد مسمومیت می کند, چون مقدار زیاد آهن فروس با پروکسیدهای بدن واکنش کرده , تولید بنیانهای آزاد می کند. وقتی مقدار آهن در بدن طبیعی است, مکانیسمهای ضد اکسیداسیون خود بدن قادر به کنترل این فرآیند می باشد. اگر مقدار آهن بیش از نرمال باشد, مقادیر غیرقابل کنترل بنیانهای آزاد بوجود می آید.
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 می گردد. آهن اضافی در کبد جمع شده , موجب بیماری آهن زدگی siderosis و آسیبهای عضوی می شود. به همین دلیل افرادیکه کمبود آهن ندارند, نباید مکملهای آهن مصرف کنند.
کانی ها
در اغلب رس ها, ماسه سنگها و گرانیت ها وجود دارد. در میان کانه های مهم آن می توان از هماتیت, مگنتیت, پیریت و کالکوپیریت را نام برد.
انواع آهن از لحاظ تولید :
آهن گاما چیست
آهن گاما یکی از آلوتروپ های آهن است که در محدودهٔ دمایی ۹۱۲ تا ۱۳۹۴ درجه سانتیگراد پایدار بوده و ساختمان بلوری(fcc مکعبی مرکزپر) دارد.
آهن دلتا چیست
آهن دلتا یکی از آلوتروپ های آهن است که از دمای ۱۴۰۱ درجه سانتیگراد تا ۱۵۳۹ درجه سانتیگراد (نقطهٔ ذوب آهن) پایدار است.
آهن دلتا دارای ساختمان بلوری مکعبی مرکزپر است. آهن دلتا دارای خاصیت پارامغناطیس بوده و ثابت شبکه ی آن بزرگ تر از آهن آلفا است.
ثابت شبکهٔ آهن دلتا, ۲/۹۳ آنگستروم است.
آهن آلفا چیست
آهن آلفا یکی از آلوتروپ های آهن است. این آلوتروپ از دمای ۲۷۳- درجه سانتیگراد تا ۹۱۰ درجه سانتیگراد پایدار است. این آلوتروپ دارای ساختمان بلوری مکعبی مرکزپر است.
ثابت شبکهٔ آهن آلفای فرومغناطیس, ۲/۸۶ آنگستروم است.
آهن بتا چیست
در دمای ۷۶۸ درجه سانتیگراد, آهن آلفای فرومغناطیس به آهن آلفای پارامغناطیس تبدیل می شود. این تحول, تحول آلوتروپیک نیست.
گاهی این آهن آلفای پارامغناطیس, آهن بتا خوانده می شود.
ثابت شبکهٔ این نوع آهن, ۲/۹ آنگستروم است.
تبر آهنی متعلق به عصر آهن سوئد در گاتلند سوئد یافت شده است. از قرن ۱۰ تا ۱۲ 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 می کردند. آهن را بصورت اسفنجی که مخلوطی از آهن و سرباره به همراه مقداری کربن یا کاربید است, بازیافت کردند. سپس سرباره آنرا با چکش کاری جدا نموده وم حتوی کربن را اکسیده می کردند 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 می توان محصولی بسیار محکم تر بدست آورد. محصول حاصله که دارای سطح فولادی است, از برنزی که قبلا کاربرد داشت محکمتر و مقاوم تر 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 ۸ قبل از میلاد بدست آمده است. این وسایل از آهن نرم و با همان روش خاورمیانه و اروپا ساخته شده بودند و گمان می رفت که برای مردم غیر چینی هم ارسال می کردند.
در سالهای آخر پادشاهی سلسله ژو ( حدود ۵۵۰ قبل از میلاد) به سبب پیشرفت زیاد تکنولوژی کوره , قابلیت تولید آهن جدیدی بوجود آمد. ساخت کوره های بلندی که توانایی حرارتهای بالای k 1300 را داشت, موجب تولید آهن خام یا چدن توسط چینِی ها شد. اگر سنگ معدن آهن را با کربن k 1470-1420 حرارت دهیم, مایع مذابی بدست می آید که آلیاژی با ۵/۹۶% آهن و ۵/۵۳% کربن است. این محصول محکم را می توان به شکلهای ریز و ظریفی در آورد. اما برای استفاده , بسیار شکننده می باشند, 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 ۲۲۱ قبل از میلاد ) عظمت چین را واقعا تحت تاثیر قرار نداد.
توسعه چدن در اروپا عقب افتاد, چون کوره های 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 می آوردند. تعدادی از قالب گیریهای آهن در اروپا بین سالهای ۱۱۵۰ و ۱۳۵۰ بعد از میلاد در دو منطقه در سوئد به نامهای Lapphyttan و Vinarhyttan انجام شد.
دانشمندان می پندارند 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 گلوله های توپ چدنی.
در آغاز برای ذوب آهن از زغال چوب هم بعنوان منبع حرارتی و هم عامل کاهنده استفاده می شد. در قرن ۱۸ 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.
فولاد چیست
اصطلاح فولاد برای آلیاژهای آهن که بین ۰/۰۲۵ تا حدود ۲ درصد کربن دارند بکار می رود 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 می شود. فولاد متوسط ۰٫۲ تا ۰٫۶ درصد کربن دارد و آن را برای ساختن ریل, دیگ بخار و قطعات ساختمانی بکار می برند. فولادی که ۰٫۶ تا ۱٫۵ درصد کربن دارد, سخت است و از آن برای ساختن ابزارآلات, فنر و کارد و چنگال استفاده می شود.
ناخالصی های آهن و تولید فولاد
آهنی که از کوره بلند خارج می شود, چدن نامیده می شود که دارای مقادیری کربن, گوگرد, فسفر, سیلیسیم, منگنز و ناخالصی های دیگر است. در تولید فولاد دو هدف دنبال می شود:
سوزاندن ناخالصی های چدن
افزودن مقادیر معین از مواد آلیاژ دهنده به آهن
منگنز, فسفر و سیلیسیم در چدن مذاب توسط هوا یا اکسیژن به اکسید تبدیل می شوند و با کمک ذوب مناسبی ترکیب شده, به صورت سرباره خارج می شوند. گوگرد به صورت سولفید وارد سرباره می شود و کربن هم می سوزد و مونوکسید کربن (CO یا دی اکسید کربن ) (CO۲) در می آید. چنانچه ناخالصی اصلی منگنز باشد, یک کمک ذوب اسیدی که معمولاً دی اکسید سیلسیم (SiO۲) است, بکار می برند. و چنانچه ناخالصی اصلی سیلسیم یا فسفر باشد معمولاً چنین است, یک کمک ذوب بازی که معمولاً اکسید منیزیم MgOیا اکسید کلسیم CaOاست, اضافه می کنند.
کوره تولید فولاد و جدا کردن ناخالصی ها
معمولاً جداره داخلی کوره ای را که برای تولید فولاد بکار می رود, توسط آجرهایی که از ماده کمک ذوب ساخته شده اند, می پوشانند. این پوششی مقداری از اکسیدهایی را که باید خارج شوند, به خود جذب می کند. برای جدا کردن ناخالصی ها, معمولاً از روش کوره باز استفاده می کنند. این کوره یک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن ۱۰۰ تا ۲۰۰ تن آهن مذاب جای می گیرد.
بالای این ظرف, یک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روی سطح فلز مذاب منعکس می کند. جریان شدیدی از اکسیژن را از روی فلز مذاب عبور می دهند تا ناخالصی های موجود در آن بسوزند. در این روش ناخالصیها در اثر انتقال گرما در مایع و عمل پخش به سطح مایع می آیند و عمل تصفیه چند ساعت طول می کشد, البته مقداری از آهن, اکسید می شود که آن را جمع آوری کرده, به کوره بلند باز می گردانند.
روش دیگر جدا کردن ناخالصی ها از آهن
در روش دیگری که از همین اصول شیمیایی برای جدا کردن ناخالصی ها از آهن استفاده می شود, آهن مذاب را همراه آهن قراضه و کمک ذوب در کوره ای بشکه مانند که گنجایش ۳۰۰ تن بار را دارد, می ریزند. جریان شدیدی از اکسیژن خالص را با سرعت مافوق صوت بر سطح فلز مذاب هدایت می کنند و با کج کردن و چرخاندن بشکه, همواره سطح تازه ای از فلز مذاب را در معرض اکسیژن قرار می دهند.
اکسایش ناخالصی ها بسیار سریع صورت می گیرد و وقتی محصولات گازی مانند CO۲ رها می شوند, توده مذاب را به هم می زنند, بطوری که آهن ته ظرف, رو می آید. دمای توده مذاب, بی آنکه از گرمای خارجی استفاده شود, تقریباً به دمای جوش آهن می رسد و در چنین دمایی, واکنشها فوق العاده سریع بوده, تمامی این فرایند, در مدت یک ساعت یا کمتر کامل می شود و معمولاً محصولی یکنواخت و دارای کیفیت خوب بدست می آید.
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 می کنند. فولادهای ویژه ممکن است مولیبدن, تنگستن یا فلزهای دیگر داشته باشند. این نوع فولادها برای مصارف خاصی مورد استفاده قرار می گیرند. در دمای زیاد, آهن و کربن با یکدیگر متحد شده, کاربید آهن) Fe۳( به نام ) سمنتیت( تشکیل می دهند. این واکنش, برگشت پذیر و گرماگیر است.
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 می شود. این مکانیزم در چدن ها که درصد کربن در آنها بیشتر است, اهمیت بیشتری دارد. برعکس, اگر فولاد به سرعت سرد شود, کربن عمدتاً به شکل سمنتیت باقی می ماند. تجزیه سمنتیت در دمای معمولی به اندازه ای کند است که عملا انجام نمی گیرد.
آهن چگونه زنگ میزند
زنگ نام متداول یکی از ترکیبات بسیار رایج یعنی اکسید آهن با فرمول Fe2O3 است. این نام رایج است زیرا آهن به سرعت با اکسیژن ترکیب شده و تشکیل زنگ آهن را می دهد. در حقیقت آهن را به ندرت می توان به صورت خالص در طبیعت پیدا کرد. زنگ آهن (یا فولاد) نمونه ای از فرایند خوردگی است: فرایند الکتروشیمیایی شامل آند (یک قطعه فلز که به راحتی الکترون از دست می دهد), الکترولیت (مایعی که به حرکت الکترون ها کمک می کند) و یک کاتد (یک قطعه فلز که به راحتی الکترون می پذیرد) است. وقتی فلزی خورده می شود, الکترولیت به تولید اکسیژن در آند کمک می کند. سپس اکسیژن با فلز ترکیب شده و الکترون آزاد می شود. وقتی الکترون ها از طریق الکترولیت به سمت کاتد جریان می یابند, آند با جریان الکتریکی حذف می شود یا به کاتیون های فلزی تبدیل شده و زنگ تشکیل می شود.
لطفا برای مشاهده قیمت مصنوعات آهن به این لینک مراجعه فرمایید.
