آهن آلات صنعتی | آشنایی با کاربرد آهن در صنایع

آهن یک عنصر شیمیایی در جدول تناوبی می باشد که دارای نماد Fe و عدد اتمی 26 بوده و در گروه 6 و دوره 4 قرار دارد.

آهن به عنوان عنصر نهایی تولید شده قابل توجه است و در نتیجه سنگین ‌ترین عنصر محسوب می شود که برای تشکیل آن نیازی به رویداد کاتاکلیزمی مشابه ندارد؛ از همین رو، این فلز فراوان‌ ترین فلز سنگین جهان می باشد همچنین اعتقاد بر این است که دهمین عنصر فراوان جهان است.

غلظت آهن در لایه ‌های مختلف زمین از بالا در هسته داخلی تا حدود 5٪ در پوسته ‌ی خارجی می باشد و ممکن است هسته‌ ی داخلی زمین از یک کریستال آهن تشکیل شده باشد، هر چند که احتمالاً مخلوطی از آهن و نیکل است و تصور می ‌شود که وجود مقدار زیادی آهن در زمین به میدان مغناطیسی آن کمک می ‌کند.
آهن فلزی است که در میدان مغناطیسی خود و همچنین از سنگ آهن استخراج شده و به سختی در حالت آزاد یافت می ‌شود.

آهن از المان های اصلی در تولید فولاد می باشد که یک عنصر نیست بلکه یک آلیاژ و یک محلول از فلزات مختلف و برخی از غیر فلزات به ویژه کربن است. همین ویژگی ‌های آهن باعث شده است که کاربرد آهن در صنعت مورد استقبال زیاد قرار بگیرد.

کاربرد این آلیاژ کاربردی در صنعت طیف بسیار وسیعی دارد. این فلز محبوب و مهم از ساخت فولاد گرفته تا در مهندسی عمران مانند بتن مسلح، تیر، صنایع غذایی، کشاورزی، نظامی و… استفاده می‌ شود. از آهن برای ساختن فولادهای آلیاژی مانند فولادهای کربنی با مواد افزودنی مانند نیکل، کروم، وانادیوم، تنگستن و منگنز مورد استفاده قرار می گیرد.

رایج‌ ترین استفاده از آهن برای ساخت پل، دکل برق، زنجیر دوچرخه، ابزار برش و لوله ‌ی تفنگ می باشد. چدن حاوی 3-5٪ کربن است و برای ساخت لوله ‌ها، شیرآلات و پمپ‌ ها از این عنصر استفاده می ‌شود. از کاتالیزورهای آهن نیز در فرآیندهای مخصوص تولید آمونیاک مورد استفاده قرار می گیرد و از طرفی لازم به ذکر است که آهنربا را می ‌توان از این فلز و آلیاژها و ترکیبات آن ساخت.

بیشترین مقدار آهن به دست آمده برای تولید فولاد، در مهندسی عمران (بتن آرمه ، تیر و غیره) کاربرد دارد. ترکیبات شیمیایی آهن تولید شده در بزرگترین مقیاس در صنعت عبارتند از: سولفات آهن (II) (FeSO4 · 7H2O) و کلرید آهن (III) (FeCl3)

. مورد اول یکی از منابع در دسترس آهن (II) است و نسبت به اکسیداسیون هوایی پایدارتر می باشد. باید این مورد را در نظر داشت که ترکیبات آهن (II) به اکسیدهای آهن (III) در هوا تبدیل می ‌شوند.

مراحل تولید آهن به زبان ساده

امروزه تولید صنعتی آهن یا فولاد از دو مرحله اصلی تشکیل شده است؛ در مرحله اول، سنگ آهن با کک در کوره کاهش یافته و فلز مذاب از ناخالصی ‌هایی مانند مواد معدنی سیلیکات جدا می‌ شود و در همین مرحله آلیاژی تولید می گردد که حاوی مقادیر نسبتاً زیادی کربن است.

سپس در مرحله دوم، مقدار کربن موجود در آهن تولید شده با اکسیداسیون کاهش یافته تا فولاد یا چدن تولید شود. در چنین مرحله ‌ای اجازه ‌ی افزودن فلزات دیگر برای تشکیل فولادهای آلیاژی وجود دارد و محصولات فولادی به دست آمده اغلب بعد از شکل‌ گیری تحت عملیات حرارتی و یا گرمایشی قرار می ‌گیرند.

گرم کردن آن‌ ها در دمای 700-800 درجه سانتی‌ گراد برای چندین ساعت و سپس خنک شدن تدریجی باعث می ‌شود که فولاد نرم و قابل استفاده باشد.

کک که از آن نام برده شد در واقع یک ماده جامد متخلخل است که کربن را برای واکنش فراهم می ‌آورد و همچنین سوخت اصلی مورد استفاده در کوره به حساب می آید.

با حرارت دادن ذغال تا 1200 K در غیاب هوا به مدت بیست ساعت کک ساخته می ‌شود و همچنین گاز زغال سنگ (عمدتاً مونوکسید کربن و هیدروژن) و یک قیر سیاه که می‌ توان از آن ترکیبات مفیدی مانند بنزن بدست آورد، نیز تولید می ‌شود. از گاز ذغال سنگ به عنوان سوخت در محل مورد استفاده قرار می گیرد.