صنعت آهن و فولاد امروزه یکی از مهم ترین پایه‌های اقتصادی و اجتماعی کشور‌های جهان محسوب می‌شود. آهن، یکی از عناصر جدانشدنی زندگی بشر از زمان کشف فلزات بوده است. با گذشت زمان و توسعه زندگی شهری و همچنین توسعه کشورها و پیشرفت علم، بکار‌گیری آهن آلات گوناگون در بخش‌های مختلف زندگی افزایش یافت. به گونه ای که در هر مکان و تحت هر شرایطی که قرار داشته باشیم در اطراف خودمان مقاطع فولادی گوناگون و محصولات آهنی بسیاری را مشاهده خواهیم کرد. در نتیجه این نشان دهنده نقش موثر آهن در زندگی روزمره بشر می‌باشد که در جهت پیشبرد مقاصد خود در زندگی از آن استفاده می‌کند.
آهن چیست؟
آهن عنصری شیمیایی می باشد که در جدول تناوبی با نشان Fe و عدد اتمی ۲۶ وجود دارد. آهن فلزی است که در گروه ۸ و دوره ۴ جدول تناوبی قرار دارد.
آهن به صورت خالص، ماده ای شکننده و سخت بوده که تقریبا ۵ درصد هسته زمین را تشکیل می دهد. این فلز از سنگ معدن هماتیت استخراج می گردد و به ندرت به حالت آزاد ( عنصری ) یافت می شود.
فلز آهن ۹۵ درصد از کل فلزات تولید در جهان می باشد، از این رو فلزی پرکاربرد و دهمین عنصر فراوان در جهان به شمار می رود که دارای انواع مختلفی می باشد.
تاریخچه تشکیل آهن
بر اساس تحقیاتی که انجام شد، تقریبا ۴۰۰۰ سال قبل از میلاد سورمیان و مصریان سر نیزه و زیورآلات خود را با آهنی که در آن زمان کشف شده بود، تولید می کردند. با تخمینی که توسط باستان شناسان انجام شده است پی برده اند که استفاده بشر از آهن به ۵۰۰۰ سال پیش بر میگردد.
در آغاز، انسان از آهن طبیعی به صورت سنگ معدن آهن با درجات خلوص متفاوت به دست می آمد، استفاده می کرد. از این رو با تحقیقات به دست آمده پی بردند که استفاده از آهن حدود ۱۳۰۰ سال پیش از میلاد امکان پذیر شده است. که در آن زمان آهن خالص را از گرما دادن شدید صخره های کانی، توسط ذغال سنگ تولید می کردند.
مردم خاورمیانه 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 به دست آورد. محصول حاصل که دارای سطح فولادی است، از برنزی که قبلا کاربرد داشت محکم تر و مقاوم تر بود. در چین 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 ازآهن نرم و با همان روش خاورمیانه و اروپا ساخته شده بودند که برای مردم غیر چینی هم ارسال می‌کردند.
به سبب پیشرفت زیاد تکنولوژی کوره حدود ۵۵۰ سال قبل از میلاد، قابلیت تولید آهن جدیدی در چین به وجود آمد. در حالی که اروپاییان در تمامی این سال ها، از طریق ریخته گری، زیورآلات آهنی تولید می کرده اند. و سوخت مورد استفاده در طی این فرآیند نیز ذغال چوب بوده است. که این روش ها بعد از مدت‌ها در تولید فولاد نیز مورد استفاده گرفت.
استخراج آهن
مرحله استخراج آهن از ترکیبهای طبیعی آهن به مرور زمان ،راه تکامل را پیمود تا اینکه اولین کوره استخراج آهن به سبک امروزی که به کوره کانالانی معروف بود، رونمایی شد. این کوره دارای آتش‌دانی به ابعاد ۷۵×۶۰×۶۰ سانتی‌مترمی باشد. سیر تکاملی این مرحله به آنجایی رسید که امروزه ، کارخانه‌های بزرگ استخراج و ذوب آهن و فولاد با ظرفیت چندین میلیون تن به وجود آمده است.
ترکیبات آهن
آهن ترکیباتی را ایجاد می‌کند که عمدتا در حالت‌های اکسیداسیون +۲ و +۳ هستند. به طور سنتی، ترکیبات آهن II فروس نامیده می‌شوند و ترکیبات آهن (III) فریک نامیده می‌شود. ترکیبات زیادی در هر یک از حالات اکسیداسیون وجود دارد که مثال‌هایی از آن شامل سولفات آهن (II) (FeSo4) و کلرید آهن (III) (FeCl3) می‌باشد. همچنین مثال‌های بیشماری از ترکیباتی که شامل اتم‌های آهن در هر دوی این حالات اکسیداسیون وجود دارد مانند مگنتیک و آبی پروسی. آنیون منفی فریت (Fe 24 ) شامل یک مرکز آهن، (Vi) بالاترین حالت اکسیداسیون شناخته شده آن می‌باشد و مثلا در فریت پتاسیم (کا ۲ اف ای اُ ۴) وجود دارد. ترکیبات آلی بی شماری (مثل پنتا کربنیل آهن) وجود دارند که دارای آهن زیرو ولنت (یا کمتر) هستند.
انواع آهن آلات
با شناخته شدن آهن و به منظور برطرف شدن بعضی کمبود‌ها و معایب آن مانند شکننده بودن، با گذشت زمان عناصر دیگری به آن افزوده شدند و آلیاژ های آهن را به وجود آوردند. با روی کار آمدن آلیاژ های آهن حدود ۹۰ درصد از مصنوعات و قطعات ماشین آلات را از فلزات آهنی می سازند. بنابراین این فلز با آلیاژهایش و با اشکال مختلف توانسته پاسخ گوی کاربرد های متنوعی باشد. آهن آلاتی که در ادامه برای شما شرح خواهیم داد پر کاربرد ترین اشکال فلز آهن می باشند.
- میلگرد
- تیرآهن
- ورق
- پروفیل
- نبشی
- ناودانی
- سپری
- لوله