أنواع خامات الحديد ، الحديد هو أحد أكثر العناصر شيوعاً على وجه الأرض، وتحتوي كل بنية بشرية تقريباً على القليل من الحديد على الأقل.
يتم تحويل خام الحديد إلى أنواع مختلفة من الحديد من خلال عدة عمليات، فالعملية الأكثر شيوعًا هي إستخدام الفرن العالي لإنتاج الحديد الخام الذي يتكون من 92-94٪ حديد و 3-5٪ كربون بكميات أقل من العناصر الأخرى.
و يستخدم الحديد الزهر استخدامات محدودة فقط، ومعظم هذا الحديد ينتقل إلى مصنع للصلب حيث يتم تحويله إلى سبائك فولاذية متنوعة عن طريق زيادة تقليل محتوى الكربون وإضافة عناصر أخرى مثل المنغنيز والنيكل لتكوين الحديد المستخدم في البناء.
أهمية تصنيع الحديد
ظل البشر يصنعون الحديد والصلب منذ قرون حيث غذى الصلب الثورة الصناعية ولا يزال العمود الفقري للإقتصادات الصناعية الحديثة.
من الصعب تخيل عالم خالٍ من الفولاذ – سواء كان ذلك في الإنشاءات أو المركبات أو المحركات أو الآلات، فإن الفولاذ موجود دائماً في كل ما نقوم به وكل ما نصنعه.
إن تعدد إستخدامات الحديد، من حيث تكوينه وخصائصه، ونسبة قوته إلى وزنه وقدرته على إعادة التدوير اللانهائي إلى منتجات جديدة، يجعل الحديد بعيداً عن المواد الأخرى وكان له دور فعال في نجاحه المستمر.
خامات تصنيع الحديد
يتم صنع أنواع خامات الحديد في أفران الصهر.
حيث أولاً يتم خلط خام الحديد مع فحم الكوك وتسخينه لتكوين الكلنكر الغني بالحديد يسمى “اللبيدة”، ويعتبر التلبيد جزءاً مهماً من العملية الشاملة لأنه يقلل من النفايات ويوفر مادة خام فعالة لصنع الحديد.
يعمل نظام الشحن الموجود في الجزء العلوي من الفرن أيضاً كآلية صمام لمنع تسرب الغاز، والذي يتم نقله عبر الأنابيب ذات التجويف الكبير إلى محطة تنظيف الغاز.
من السمات المهمة لصنع الحديد أن العملية مستمرة.
عندما تتراكم كمية كافية من الحديد المصهور في موقد الفرن العالي يتم إستغلالها في مغارف لصنع الفولاذ.
عندما يتراكم الخبث على سطح المعدن المنصهر، يتم أيضاً أستغلاله على فترات منتظمة من خلال “شق” منفصل أو ثقب.
أثناء ذلك يستمر شحن المواد الخام في الجزء العلوي من الفرن، وينفجر الهواء الساخن في القاع، وتستمر هذه العملية طوال “عمر” الفرن، والذي قد يصل إلى 10 سنوات أو أكثر، قبل أن تبدأ بطانة الطوب المقاومة للحرارة في التدهور، ثم يتم تبطين الفرن.
التحويل إلى الفولاذ
المادة الخام الأساسية لتصنيع الفولاذ هي إما المعدن الساخن من فرن الصهر أو خردة الفولاذ أو خليط من الاثنين، وتختلف نسب المواد المستخدمة حسب العملية ونوع الفولاذ المطلوب.
يمكن وصف الفولاذ بعبارات عامة بأنه من أفضل أنواع خامات الحديد أو هو الحديد مع إزالة معظم الكربون لجعله أكثر صلابة وأكثر مرونة.
وهناك العديد من أشكال (درجات) الصلب، ولكل منها تركيبتها الكيميائية وخصائصها الخاصة لتلبية إحتياجات العديد من التطبيقات المختلفة.
صناعة الصلب الأكسجين الأساسي
المعدن الساخن من الأفران العالية وخردة الصلب هي المواد الرئيسية المستخدمة في صناعة الصلب بالأكسجين الأساسي (BOS).
وسوف تتحمل الأفران الحديثة أو “المحولات” شحنة تصل إلى 350 طناً وتحولها إلى صلب في حوالي 15 دقيقة.
يتم إنزال أنبوب الأكسجين المبرد بالماء إلى المحول ويتم ضخ الأكسجين عالي النقاء إلى المعدن عند ضغط عالٍ جداً.
يتحد الأكسجين مع الكربون والعناصر الأخرى غير المرغوب فيها مما يقضي عليها من الشحنة المنصهرة.
وتنتج تفاعلات الأكسدة هذه حرارة، ويتم التحكم في درجة حرارة المعدن بكمية الخردة المضافة.
ثم يتم حساب كميات الخردة والمعادن الساخنة والجير وغيرها من التدفقات لضمان درجة حرارة الفولاذ وتكوينه الصحيحين.
