خوسف

چگونگی استخراج چدن از سنگ آهن

چدن، یکی از فلزهای حیاتی در صنعت و تکنولوژی است، که به دلیل خواص منحصر به فردش، در انواع مختلف صنایع به کار می‌رود. این فلز سنگین، از آهن و کربن به عنوان اصلی‌ترین مواد تشکیل‌دهنده‌اش ساخته می‌شود و دارای خصوصیاتی چون مقاومت بالا، ریخت‌شدگی آسان، و خواص حرارتی مناسب است.مراحل تولید چدن شامل چند مرحله اصلی می‌شود. ابتدا، سنگ آهن به عنوان منبع اصلی آهن استخراج می‌شود و سپس با خردایش و آسیاب‌کاری، به ابعاد مناسب می‌رسد. در مرحله ذوب، پودر حاصل از آسیاب کاری به کوره ذوب منتقل شده و در شرایط حرارتی و اکسیژن کم، به حالت مذاب تبدیل می‌شود.پس از ذوب، با استفاده از فرآیندهای تصفیه و تصفیه‌گری، ناخالصی‌ها و عناصر غیرمطلوب حذف می‌شوند. در مرحله بعد، چدن مذاب به قالب‌های خاصی ریخته می‌شود. سپس، پس از سرد شدن و تراکم، چدن به محصولات نهایی تبدیل می‌شود که می‌توانند انواع قطعات صنعتی، قطعات خودرو، یا سایر محصولات باشند.در این مقاله سعی شده است به طور کامل در مراحل استخراج چدن از سنگ آهن را بررسی کنیم:

آنچه در این مقاله خواهید خواند:

تاریخچه سنگ آهن

فرایند استخراج سنگ آهن

سرباره کوره  بلند

چدن چیست؟

مراحل استخراج چدن از سنگ آهن

انواع چدن

کاربرد چدن در صنایع

تاریخچه سنگ آهن

آهن فلزی است مانند دیگر فلزات، تاریخچه دقیق و درستی ندارد و مشخص نیست انسان های اولیه چگونه سنگ آهن را کشف، ذوب و فلز آهن را به دست آورده اند و آن را در زندگی خود بکار می بردند.برخی از دانشمندان و بزرگان با این سوال روبرو شده اند که چگونه آهن را از سنگ آن استخراج می کرده اند زیرا این کار با استفاده از یک عمل شیمیایی صورت می گیرد. گروهی بر این باور هستند که شهاب های آسمانی حاوی آهن و نیکل مورد استفاده انسان های اولیه بوده ولی امروزه با پیشرفت صنعت و دستگاه های مختلف صنعتی با افزودن هوای تحت فشار به کوره، قطر و ارتفاع کوره افزایش می یابد و فرآورده های مختلفی را از سنگ آهن استخراج می کنند.

فرآیند استخراج آهن

عملیات استخراج آهن با فرآیند های فیزیکی و شیمیایی و شرایط خاصی انجام می شود.ابتدا سنگ معدن در مراحلی نظیر خرد کردن، آسیاب، سرند، شستشو کوچک تر شده و با استفاده از جدا کننده های مغناطیسی و یا به روش “فلوتاسیون” تغلیظ می شود. سپس سنگ معدن باید حاوی 60% تا 65% آهن و 8% تا 12% سیلیس و با ابعاد 6 تا 25 میلیمتر باشد تا در کوره های مخصوص، آگلومریزه شوند.سنگ های معدن در طی مراحلی باید به آرایش خود برسند مراحلی مانند: خرد کردن، دانه بندی، عیار کردن، تکلیس، آگلومراسیون و مخلوط کردن مواد معدنی می باشد.

سرباره کوره بلند

سرباره ها در اثر واکنش ناخالصی های اکسیدی فلز، سنگ آهن، سوخت به وجود می آیند.90% سرباره ها از CaO,AL2O3,MgO,SiO2  و 10 درصد مابقی را FeO,MnO,MnS,Cas تشکیل می دهند.سرباره ها هم بر اساس خواص فیزیکی و شیمیایی شان کاربرد های مختلفی دارند. سرباره ها به شکل های متفاوتی سرد شده و هر کدام کاربردی دارد:

سرباره های سرد شده با هوا پس از غربال در ساخت و تولید سرامیک، زهکشی فاضلاب و آسفالت بیندر استفاده می شود.

سرباره های سرد شده با آب دانه دانه شده و در تولید سیمان، زیرسازی جاده، بلوکه های ساختمانی و سایر خاکریز ها کاربرد دارد.

سرباره سبک نیز در مصالح ساختمانی، کاشی های عایق صدا و دیوار های تیغه ای به کار می رود.

چدن(CAST IRON) چیست؟

چدن یکی از فلزهای سنگین و پرکاربرد است که از آهن و کربن به عنوان مواد اصلی خود ساخته می‌شود. این فلز به دلیل خصوصیات فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد خود در صنایع مختلف، از جمله خودروسازی، صنایع ساختمانی، و تولید ابزارهای صنعتی استفاده می‌شود.چدن ها از فرآورده های اولیه سنگ آهن است و تصفیه دقیق و خاصی  روی آن صورت نمی گیرد. چدن از 1/2 تا 2/6 درصد کربن و 1 تا 3 درصد سیلیس تشکیل شده است..در کل، فرآیند تولید چدن یک فرآیند پیچیده و مهندسی است که نیازمند دقت و تخصص در هر مرحله می‌باشد تا چدن با خواص مطلوب و استانداردهای صنعتی تولید شود.

مراحل استخراج چدن از سنگ آهن

مراحل استخراج چدن از سنگ آهن یک فرآیند پیچیده و چند مرحله‌ای است که نقش اساسی در تولید این فلز اساسی دارد. این فرآیند نه تنها نیازمند تخصص فنی و فناوری پیشرفته است بلکه به توازن محیطی نیز توجه ویژه‌ای می‌طلبد

مرحله اول: استخراج سنگ آهن

برای استخراج سنگ آهن، ابتدا معادن مختلف اکتشاف می‌شوند و سپس مراحلی چون حفاری، انفجار، و حمل و نقل سنگ انجام می‌شود. این مراحل با هدف جداسازی سنگ آهن از سایر مواد معدنی انجام می‌شوند.

مرحله دوم :خردایش و آسیاب‌کاری

سنگ آهن پس از استخراج به ابعاد مناسب خرد شده و سپس در آسیاب‌ها که معمولاً شامل سنگ شکن‌ها و آسیاب‌های گلوله‌ای می‌شوند، آسیاب می‌گردد. این مرحله باعث تجزیه و تفکیک سنگ آهن از سایر مواد معدنی و غیرمعدنی می‌شود.

مرحله سوم: تبدیل به پلت چدن

پس از آسیاب‌کاری، سنگ آهن به شکل پودر به دست می‌آید. این پودر سپس با افزودن مواد دیگر مانند کربن و کک به کوره‌های ذوب می‌شود. در این کوره‌ها، حرارت بالا و اکسیژن کم کمک می‌کنند تا چدن از سنگ آهن به دست آید.

مرحله چهارم: تصفیه و تصفیه‌گری

پس از ذوب چدن، ممکن است مواد آلیاژی اضافه شود تا ویژگی‌های خاص به چدن داده شود. سپس از طریق فرآیندهای تصفیه و تصفیه‌گری، امکان بهبود خواص چدن و حذف ناخالصی‌ها فراهم می‌شود.

انواع چدن ها:

چدن ها در دسته های چدن سفید، چدن خاکستری، چدن چکش خوار، چدن نشکن، چدن آلیاژی و چدن با گرافیت بالا می باشند که به توضیح چهار نوع اصلی و کاربردی آن خواهیم پرداخت:

چدن خاکستری GRAY IRON)) :

اولین نوع از چدن بعد از فرآوری سنگ آهن و میزان 1/2 تا 2/6 درصد کربن چدن خاکستری می باشد و فراوان ترین نوع آن و به دلیل وجود گرافیت های خاکستری رنگ در سطح مقطع به آن چدن خاکستری می گویند.

چدن سفیدWHITE CAST IRON )) :

چدن خاکستری در اثر سریع سرد شدن و میزان کربن پایین به چدن سفید با فاز نیمه پایدار Fe3C (سمنتیت) تبدیل شده و مقاومت به خوردگی بالا، سایش و فرسایش بالا از ویژگی های این چدن می باشد و سطح مقطع شکست این چدن سفید نقره ای رنگ است.

چدن چکش خوار یا مالیبل mALLEABLE IRON )) :

برای تولید چدن چکش خوار ابتدا آن را به چدن سفید تبدیل و با ترکیب های شیمیایی مخصوص ریخته گری می کنند، سپس به هنگام عملیات آنیل سمنتیت های چدن سفید به صورت گرافیت های کروی شکل تغییر می دهند.

چدن نشکن UNBREAKABLE CAST IRON)) :

نوعی از چدن با گرافیت زیاد (نسبت به دیگر چدن ها) که سال 1943 کشف شد و با ویژگی های بالایی همچون مقاومت در ضربه، مقاومت کششی بالاو… است

 کربن های موجود در چدن نشکن به هنگام انجماد به صورت گرافیت های کروی شکل ایجاد شده، و زمینه پرلیتی و فریت های آزاد احاطه شده آن ساختار معروف چشم گاوی را ایجاد می کند.

کاربرد چدن در صنایع:

چدن به عنوان یک فلز سنگین و با خواص منحصر به فرد، در انواع صنایع به کار می‌رود. این فلز با ویژگی‌هایی چون مقاومت بالا، ریخت‌شدگی آسان، و خواص حرارتی مناسب، در زمینه‌های مختلف اقتصادی تأثیرگذار است. به طور کلی، کاربردهای چدن عبارتند از:

1. صنعت خودروسازی:  قطعات خودرویی مانند موتورها، جعبه دنده‌ها، سیلندرها، و قطعات ساختاری از چدن ساخته می‌شوند. این فلز به دلیل مقاومت و استحکام خود، یکی از مهمترین مواد در صنعت خودروسازی است.

2. ساختمان و ساخت و ساز:در صنعت ساختمان، لوله‌ها، ناودان‌ها، پل‌ها، و قطعات ساختمانی از چدن استفاده می‌شود. خواص مقاومتی این فلز آن را به یک ماده ساختمانی محبوب تبدیل کرده است.

3. صنعت لوازم خانگی: اجزای لوازم خانگی مانند ماشین‌لباسشویی، یخچال، اجاق گاز، و دیگر وسایل از چدن ساخته می‌شوند. این فلز به دلیل مقاومت در برابر حرارت و سایر شرایط کاری، در این صنایع بسیار کاربرد دارد.

4. صنعت ابزار و ماشین‌آلات: قطعات مختلف از چدن برای تولید ابزارها و ماشین‌آلات مورد استفاده قرار می‌گیرند. این فلز به دلیل سختی و مقاومت در برابر فشار، در تولید ابزارهای قدرتی و قطعات ماشین‌آلات مورد ترجیح قرار گرفته است.

5. صنعت لوله‌کشی: لوله‌های آب، گاز، و سایر مایعات نیز از چدن ساخته می‌شوند. خاصیت مقاومت به خوردگی و فشار این فلز، آن را به یک گزینه مناسب در این صنعت تبدیل کرده است.

در کل، چدن به عنوان یک ماده ساختمانی و اساسی در صنایع مختلف جهان شناخته می‌شود و به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، در پیشرفت و توسعه صنعتی نقش بسیار مهمی دارد.