1. آهن چیست و چگونه تولید می‌شود؟
آهن یکی از فلزات با اهمیت وسیع و استراتژیک است که در بسیاری از صنایع به کار می‌رود، از جمله صنایع ساختمانی، خودروسازی، صنایع الکتریکی، خدمات فضایی و نظامی و سایر صنایع. آهن یک عنصر شیمیایی فلزی است که در جدول تناوبی با علامت "Fe" نمایش داده می‌شود. این فلز در وضعیت خام قابل بدست آوردن نیست و با روش‌های تولیدی مختلف، مانند فرایند قاره‌ای، انفجار کوره، متد فرآوری قراضه و سایر روش‌ها تولید می‌شود.
یکی از معدود منابع استخراج و تولید آهن در نظر آفریقای جنوبی، استرالیا، روسیه و برزیل قرار دارد که بیشترین میزان تولید را انجام می‌دهند. در فرایند قاره‌ای، سنگ آهن با استفاده از ماشین آلاتی به منظور خرد شدن به اندازه مناسب، سپس با استفاده از آرایش دهنده آهن، به صورت نواری تولید می‌گردد. در فرآیند انفجار کوره، عمل بازیافت و استخراج آهن از قراضه‌های قدیمی در دمای بالا صورت می‌گیرد.
در روش فرآوری قراضه، مواد نورد شدواننده و گالوانیزه‌کننده که شامل آهن، کروم، مولیبدن و آلومینیوم است، با استفاده از فشار بالا و دما به ترتیب به شکل پودر تبدیل می‌شوند و از آن جهت تولید خودروهای دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی و آسیب پذیری کمتر استفاده می‌شود. با توجه به استفاده وسیع از آهن در مختلف صنایع، فرایند تولید آهن و بهره‌برداری صحیح از منابع موجود، اهمیت بسیاری دارد.
2. چگونه نوعی آهن‌دار به نام آهن خام تولید می‌شود؟
آهن خام، یکی از مهمترین و پرکاربردترین فلزات جهان است و تولید آن به منظور تأمین نیازهای صنایع گوناگون از جمله صنعت خودروسازی، ساختمان، صنایع فولادی، لوله‌سازی و... از اهمیت بسیاری برخوردار است.
برای تولید آهن خام، معدن‌کاری از معادن حاوی مواد خام این محصول آغاز می‌شود. سنگ‌های آهن، معمولاً در سنگ‌های قابل دسترس در زمین یافت می‌شوند. این معادن به دو شکل روباز و زیرزمینی اختصاص داده می‌شوند که در اینجا بیشتر به روش روباز اشاره می‌کنیم.
پس از استخراج سنگ‌های حاوی آهن از معادن، کانه‌های استخراج شده به سنگ شکن‌ها منتقل می‌شوند و با برش و خرد کردن به اندازه مناسبی برای استفاده در کوره‌های فولادسازی آماده می‌شوند. پس از این مرحله، کانه‌ها به کوره تولید فلزات فولادی منتقل می‌شوند که در اینجا به واسطه حرارت بالای آتش در دمای بالا (حدود ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد)، جداسازی و از بین رفتن بخشی از ترکیبات موجود در آنها از جمله اکسیژن، سیلیس و گوگرد صورت می‌گیرد. همانطور که می دانیم آهن، یک فلز است و در حرارتهای بالا قابل ذوب شدن است. به همین دلیل، آهن ذوب شده با پایین آوردن دمای کوره به داخل قالب‌های فولادسازی انتقال داده می‌شود و پس از خنک شدن و پایان یافتن پروسه ساخت فولاد، به صورت نهایی به انواع مختلفی از جمله تیرآهن، ورق فولادی، ورق آلومینیوم، و... شکل می‌گیرد.
بدین ترتیب، تولید آهن خام از مراحل زیرزمینی و روباز، استخراج کردن کانه‌های حاوی آن، شکستن آنها و سپس انجام فرآیندی با کمک آتش و حرارت است. با این که مراحل تولید آهن خام ساده به نظر می‌رسد، اما تکنولوژی پیشرفته تولید آن نیازمند تخصص بالای فنی و مدیریت مجازی می‌باشد.
3. فرآیند تبدیل آهن خام به فولاد چگونه است؟
فولاد یکی از پرکاربردترین فلزات در جهان است که در بسیاری از صنایع استفاده می‌شود. فرآیند تبدیل آهن خام به فولاد شامل چند مرحله می‌باشد که در ادامه توضیح داده می‌شود.
1- به دست آوردن آهن خام:
معادن آهن خام باید برای به دست آوردن این فلز، استخراج شود. سپس به دست آمده آهن خام در کوره‌های ذوب قرار داده می‌شود تا به حرارت و با تزریق هوا، از خاکستر و فلزیابی‌های دیگر جدا شود.
2- آلیاژ سازی:
آلیاژ سازی به معنای اضافه کردن فلزات دیگر به آهن می‌باشد. به دلیل اینکه خواص فیزیکی فولاد برای انواع مختلفی از کاربردها متفاوت است، افزودن فلزاتی مانند کروم، نیکل، مولیبدن و وانادیوم به آهن می‌تواند مشخصات فیزیکی و شیمیایی آن را تغییر دهد.
3- ریختن آلیاژ فولاد به قالب‌های مختلف:
آلیاژ فولاد در قالب‌های مختلفی مانند بلوم، بیلت، رول، سیم نوردی، و غیره به فروش می‌رسد. به طور معمول، این فرآیند برای تولید فولاد مسابقه بین عملکرد و هزینه ها بوده و یک فرآیند طولانی و پیچیده می‌باشد.
4- قطعه‌بندی:
در این مرحله، قالب فولاد به قطعات مختلف برای استفاده در صنایع مختلف تقسیم می‌شود. این قطعات با استفاده از ناظرین کیفیت و دستگاه‌های متفاوت، معمولاً در مراحل بعدی در زنجیره تولید محصولات مختلف استفاده می‌شود.
در نتیجه، فرآیند تبدیل آهن خام به فولاد یک سری مراحل خطی و مستقیم است که باعث تولید فلزی بسیار مورد استفاده در صنایع مختلف شده است. هر کدام از مراحل این فرآیند مهم و حیاتی برای کیفیت و عملکرد فولاد نهایی می‌باشد.
4. چگونه فولاد در مقابل آهن و دیگر فلزات برتری دارد؟
فولاد یکی از پرکاربردترین مواد ساختمانی در صنعت است. این فلز، ترکیبی از آهن و کربن است که با تنظیم میزان کربن و با صهر گرمایی، مقاومت بالایی در برابر خوردگی، سایش و ضربه پیدا می‌کند. این خصوصیات باعث شده تا فولاد برای ساختمان‌ها، وسایل حمل و نقل، ابزارهای صنعتی، تجهیزات نظامی و ... بسیار مورد توجه قرار گیرد.
فولاد در مقابل آهن به دلیل داشتن میزان کربن بالاتر، مقاومت بیشتری نسبت به خوردگی و سایش دارد. برای مثال، در صورتی که آهن در معرض هوا قرار گیرد، با اکسید شدن آهن، خوردگی پیدا می‌کند، اما فولاد به دلیل داشتن کربن، از این پدیده جلوگیری می‌کند. همچنین، فولاد به علت داشتن سختی و استحکام بیشتر، در برابر ضربه و پوسته نخوردگی‌ها مقاوم‌تر است.
فولاد در مقابل دیگر فلزات هم به دلیل وزن کمتری که دارد، برتری دارد. برای مثال، اگر فلزاتی مانند مس در ساختمان‌ها استفاده شوند، وزن ساختمان افزایش می‌یابد و ساختمان به بار سنگینی افتاده می‌شود، اما فولاد، با وزن کمتر، امکان استفاده بیشتر را به کاربران می‌دهد.
در نتیجه، فولاد به دلیل ویژگی‌های ویژه‌ای که دارد، از جمله مقاومت بالا در برابر خوردگی، سایش و ضربه، وزن کمتر و ... برتری بالایی نسبت به آهن و دیگر فلزات دارد. این خصوصیات باعث شده تا فولاد در اکثر صنایع و زمینه‌های مختلف مورد استفاده قرار گیرد.
5. فلز تمام شده و آهن کم آلیاژی چیست؟
فلز تمام شده به عنوان یکی از محصولات مهم صنایع فلزی به شمار می‌آید. این فلز به صورت مقطعی به‌دست می‌آید و از قطعات فلزی است که در قسمت‌های متفاوت خود یکسان شده‌اند. فلز تمام شده برای کاربردهای مختلفی مانند ساخت قطعات صنعتی، تجهیزات شیمیایی و قطعات زیورآلات استفاده می‌شود. این فلز با توجه به ویژگی‌هایی که دارد، نسبت به فلزات دیگری که به صورت خام استفاده می‌شوند، پایداری بیشتری را دارا می‌باشد.
در مورد آهن کم آلیاژی، باید گفت که آهن با داشتن درصد کمی از عناصر دیگر مانند مس، کروم و نیکل به عنوان آهن کم آلیاژی شناخته می‌شود. با افزودن این عناصر به آهن، ویژگی‌هایی مانند مقاومت در برابر خوردگی، سختی و مقاومت در برابر خستگی فلز بهبود می‌یابد. آهن کم آلیاژی نسبت به آهن خام، قدرت بالاتری را دارا می‌باشد و در بسیاری از صنایع به عنوان مواد اولیه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
به صورت خلاصه، فلز تمام شده و آهن کم آلیاژی، دو مواد مهم در صنایع فلزی به شمار می‌روند که هر یک به دلیل ویژگی‌هایی که دارند، در بسیاری از کاربردهای صنعتی جایگاه مهمی را دارند.
6. برتری فلزات غنی از کربن نسبت به آهن و فولاد چیست؟
فلزات در امروزه بسیاری از صنایع و مجالس زندگی به کار می‌روند و بنابراین شناخت ویژگی‌های آنها در حوزه‌های مختلف به شدت مورد نیاز است. یکی از ویژگی‌هایی که در فلزات بسیار مهم است، مقاومت و سختی آن‌هاست. در اینجا به بررسی برتری فلزاتی که در ساختمان‌سازی، خودروسازی، صنایع هوافضا و ... مورد استفاده قرار می‌گیرند، پرداخته شده است.
به طور کلی، فلزات غنی از کربن نسبت به آهن و فولاد دارای مقاومت و سختی بیشتری هستند. چرا که کربن، در مواد فولادی سعی می‌کند اتم‌های آهن را از هم جدا کرده و سختی آن را بالا ببرد. علاوه بر این، آهن و فولاد دارای خصوصیاتی همچون دوام و قابلیت خمیدگی بیشتری هستند. به عنوان مثال، در ساخت ماشین‌آلات سنگین و تجهیزات نظامی، استفاده از فولاد به دلیل بالا بودن قدرت تحمل آن با تحمل دمای بالا، از دیگر فلزات بهتر است.
از طرفی، فلزاتی مانند تیتانیوم، الماس و المینیوم دارای مقاومت بیشتری در برابر خمش و شکست هستند. تیتانیوم و المینیوم همچنین به خاطر وزن سبک، در صنایع هوافضا استفاده زیادی دارند. همچنین، الماس به دلیل سختی بسیاری که دارد، در شمشیر، قلم آنچه و برای حکاکی استفاده می‌شود.
در نهایت، باید گفت که برای هر کاربردی، نیاز به فلزی با ویژگی‌های خاص و متفاوت می‌باشد. برخی فلزات، به دلیل خصوصیات خود در برخی وظایف از آنها بهره برداری بهتری می‌شود. انتخاب بهترین فلز برای هر کاربرد، بیشتر به متخصصان در حوزه فلزات بستگی دارد.