الرئيسية
من طرف ???? الثلاثاء فبراير 23, 2010 3:32 pmالحديد - The iron
الحديد
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
"وَأَنزَلْنَا الْحَدِيدَ فِيهِ بَأْسٌ شَدِيدٌ وَمَنَافِعُ لِلنَّاسِ وَلِيَعْلَمَ اللَّهُ مَن يَنصُرُهُ وَرُسُلَهُ بِالْغَيْبِ إِنَّ اللَّهَ قَوِيٌّ عَزِيزٌ " سورة الحديد من الآية 25
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
معدن الحديد في وضعه الخام
كان معدن الحديد من أوّل المعادن التي عرفها الإنسان لأنّه كان يتساقط بصورة نقيّة من السّماء في شكل نيازك (شهب) ، و قد ظل الإنسان حوالي 1300 سنة قبل الميلاد لا يعلم كيف يستخرج الحديد من خاماته . و يوجد الحديد في تركيبات فلزّية في أنحاء كثيرة من العالم ، فهو يكوّن 5% من مكوّنات القشرة الأرضية ، كما يعتقد معظم العلماء أن مركز الأرض يتكوّن من الحديد في حالة سائلة .و يعدّ الحديد عنصراً هامّاً في الحياة فكلّ الخلايا الحيّة تحتوي عليه و لا يمكنها الاستغناء عنه . و الحديد من نعم الله على الإنسان فقد استخدمه في حروبه قديماً و لا يزال إلى يومنا ، و يعدّ العنصر الأساسي في كثير من الصناعات الحديثة و الآلات و الماكينات ، و هو أرخص الفلزّات ، و لهذه الأهمّية فقد ذكر الله تعالى فضله في كتابه العزيز بقوله : "و أنْزَلْنا الحَدِيدَ فِيهِ بَأسٌ شَدِيدٌ وَ مَنَافِعُ للنّاسِ" .
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
"وَأَنزَلْنَا الْحَدِيدَ فِيهِ بَأْسٌ شَدِيدٌ وَمَنَافِعُ لِلنَّاسِ وَلِيَعْلَمَ اللَّهُ مَن يَنصُرُهُ وَرُسُلَهُ بِالْغَيْبِ إِنَّ اللَّهَ قَوِيٌّ عَزِيزٌ " سورة الحديد من الآية 25
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
معدن الحديد في وضعه الخام
كان معدن الحديد من أوّل المعادن التي عرفها الإنسان لأنّه كان يتساقط بصورة نقيّة من السّماء في شكل نيازك (شهب) ، و قد ظل الإنسان حوالي 1300 سنة قبل الميلاد لا يعلم كيف يستخرج الحديد من خاماته . و يوجد الحديد في تركيبات فلزّية في أنحاء كثيرة من العالم ، فهو يكوّن 5% من مكوّنات القشرة الأرضية ، كما يعتقد معظم العلماء أن مركز الأرض يتكوّن من الحديد في حالة سائلة .و يعدّ الحديد عنصراً هامّاً في الحياة فكلّ الخلايا الحيّة تحتوي عليه و لا يمكنها الاستغناء عنه . و الحديد من نعم الله على الإنسان فقد استخدمه في حروبه قديماً و لا يزال إلى يومنا ، و يعدّ العنصر الأساسي في كثير من الصناعات الحديثة و الآلات و الماكينات ، و هو أرخص الفلزّات ، و لهذه الأهمّية فقد ذكر الله تعالى فضله في كتابه العزيز بقوله : "و أنْزَلْنا الحَدِيدَ فِيهِ بَأسٌ شَدِيدٌ وَ مَنَافِعُ للنّاسِ" .
الحديد عبر التاريخ
كان الإنسان القديم يصنع أدواته و أسلحته من العظام أو الحجارة أو الخشب ، ثم اكتشف تدريجيّا أنّ المعادن الفلزّية التي قد يعثر عليها في الحجارة النّيْزكيّة أكثر صلاحية لصنع أدوات أحدّ و أمتن ، و قد عرف الإنسان الحديد في العصر البرونزي و كان المصدر الوحيد الحجارة النّيزكيّة الّتي تسقط من السّماء ، و في عام 1500 قبل الميلاد اكتشف الإنسان أنّه بتحميض بعض المعادن مع الخشب يمكنه الحصول على الحديد . و منذ ذلك الحين استخدم الحديد في مجالات محدودة كالحروب ، ثم تواصلت الأبحاث خلال القرون الموالية إلى أن أمكن استعماله في جميع المجالات الصناعية و اكتشاف الكثير من أنواعه التي استخدمت في ميادين كثيرة في العصر الحديث .
كيف نحصل على الحديد الصّلب ؟
الحديد عنصرٌ كيميائيّاً نشِطٌ جداّ ، لذلك لا يوجد نقيّا في الطّبيعة بل متّحدا مع عناصر أخرى خاصّة الأوكسجين . و أهمّ مصادر الحديد حاليا هي خاماته كأكسيد الحديد الأحمر (الهيماتيت) و أكسيد الحديد المغناطيسي (المغناتيت) الّتي تتوافر بكميّات كبيرة يسهل تعدينها في مناطق كثيرة من العالم . و تثحرق هذه الالخامات مع الكوك و الحجر الكلسي في الفرن العالي ، تُزال أكاسيد الحديد بالحرارة و يُصبّ الحديد المصهور في قوالب ، و يُعرف في هذه الحالة بحديد الزّهر أو حديد الصّبّ .
طرق صنع الفولاذ
إن الحديد عنصر غير نقيّ و يُعرف على هذه الحالة بحديد الزّهر ، يحوي من 3 إلى 4% من الكربون فتجعله قصِفاً (سهل الكسر) نوعاما ، و للحصول على الفولاذ الذي هو أهمّ أشكال الحديد استخداما و نفعا ، تُخفّف الشوائب الكربونيّة لتصبح من 0.2 إلى 1.5% فقط ، و الطريقة المستخدمة لذلك كان قد اكتشفها المهندس الإنجليزي هنري بسمر عام 1856م و تقوم على نفث تيارات هوائيّة عبر الحديد المصهور في محلول خاصٍّ لتحويل معظم الشوائب الكربونية إلى غاز ثاني أكسيد الكربون باتّحادها مع أوكسيجين الهواء .
و الفولاذ أشدّ متانة من الحديد و أسهل تصنيعا ، و بإضافة بعض العناصر الأخرى إليه يكتسب متانة أو صمودا ضدّ الصّدّ أو ضدّ الحرارة ، و الفولاذ الذي يحوي 13% من وزنه منغنيزا يتميّز بالصّلابة العالية ، أمّا الفولاذ الذي لا يصدأ فيُنتج من إضافة عنصريْ النّيكل و الكروم إليه .
و الفولاذ أشدّ متانة من الحديد و أسهل تصنيعا ، و بإضافة بعض العناصر الأخرى إليه يكتسب متانة أو صمودا ضدّ الصّدّ أو ضدّ الحرارة ، و الفولاذ الذي يحوي 13% من وزنه منغنيزا يتميّز بالصّلابة العالية ، أمّا الفولاذ الذي لا يصدأ فيُنتج من إضافة عنصريْ النّيكل و الكروم إليه .
الفرن العالي
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
الفرن العالي
يستخرج الحديد من خاماته الصّخرية في أفران الحرارة العالية ، يصل علوّ بعض هذه الأفران إلى 60 مترا و ينتج 10.000 طن من الحديد يوميّا دون توقّف على مدى 10 سنوات متتالية . و يسمّى أيضا الفرن اللافح .
في هذا الفرن تُسفع (يمرر عليها تيار هوائي ساخن) المواد الخام ، المؤلفة من خامات الحديد و الحجارة الكلسية و فحم الكوك ، بتمرير الهواء الحار من أسفل الفرن . و بما أن الكربون أنشط فاعلية من الحديد ، فإنه يتحد بالأوكسجين مع خامات الحديد لينشر أكاسيد الكربون تاركا فلزّ الحديد وراءه نقيّا .
تبدأ التفاعلات الكيميائية داخل الفرن عند تمرير تيار من الهواء الحار جدا ، فيشتعل فحم الكوك مولّدا في البدء ثاني أكسيد الكربون ، ثم أول أكسيد الكربون الذي يعمل على اختزال أكاسيد الحديد منتجا فلزّ الحديد و ثاني أكسيد الكربون .
و بهذا التفاعل الإحراري ترتفع درجات الحرارة داخل الفرن إلى 1900 درجة مئوية فينصهر الحديد و يتجمع في القاع ، ثم يخرج بعد ذلك من مخارج خاصّة ليُنقل إلى مرحلة التصنيع .
و تتراوح نقاوة الحديد المستخرج من الفرن العالي بين 90 و 95% ، و الشّائبة الرئيسية فيه هي الكربون الذي يمتصه الحديد في فحم الكوك ، فيُكسبه صلابة تحدّ من متانته . لذا يُحوّل معظم الحديد إلى فولاذ يحوي أقل من 1.7% من الكربون .
الفرن العالي
يستخرج الحديد من خاماته الصّخرية في أفران الحرارة العالية ، يصل علوّ بعض هذه الأفران إلى 60 مترا و ينتج 10.000 طن من الحديد يوميّا دون توقّف على مدى 10 سنوات متتالية . و يسمّى أيضا الفرن اللافح .
في هذا الفرن تُسفع (يمرر عليها تيار هوائي ساخن) المواد الخام ، المؤلفة من خامات الحديد و الحجارة الكلسية و فحم الكوك ، بتمرير الهواء الحار من أسفل الفرن . و بما أن الكربون أنشط فاعلية من الحديد ، فإنه يتحد بالأوكسجين مع خامات الحديد لينشر أكاسيد الكربون تاركا فلزّ الحديد وراءه نقيّا .
تبدأ التفاعلات الكيميائية داخل الفرن عند تمرير تيار من الهواء الحار جدا ، فيشتعل فحم الكوك مولّدا في البدء ثاني أكسيد الكربون ، ثم أول أكسيد الكربون الذي يعمل على اختزال أكاسيد الحديد منتجا فلزّ الحديد و ثاني أكسيد الكربون .
و بهذا التفاعل الإحراري ترتفع درجات الحرارة داخل الفرن إلى 1900 درجة مئوية فينصهر الحديد و يتجمع في القاع ، ثم يخرج بعد ذلك من مخارج خاصّة ليُنقل إلى مرحلة التصنيع .
و تتراوح نقاوة الحديد المستخرج من الفرن العالي بين 90 و 95% ، و الشّائبة الرئيسية فيه هي الكربون الذي يمتصه الحديد في فحم الكوك ، فيُكسبه صلابة تحدّ من متانته . لذا يُحوّل معظم الحديد إلى فولاذ يحوي أقل من 1.7% من الكربون .
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
السلسلة المؤدية لصناعة أنواع الحديد باستعمال مختلف الأفران
الفرن الأوكسجيني
السلسلة المؤدية لصناعة أنواع الحديد باستعمال مختلف الأفران
الفرن الأوكسجيني
يمكن تحويل حديد الصّبّ إلى حديد صلب بواسطة إما الفرن الأوكسجيني و إما فرن الغرفة المكشوفة و إما الفرن الكهربائي الأكثر دقّة .
و الفرن الأوكسجيني عبارة عن فرن من الصّلب مبطن بطوب حراري ، و يتم تثبيته بحيث يمكن إمالته لإفراغ محتواه ، و يحمل المعدن (الخردة) و كذلك الحديد المنصهر في المحلول ، و يمرّر تيار من الأوكسجين النقي تحت ضغط عال فوق سطح المعدن . فيحترق الكربون محدثا لهبا ساطعا ، و يتحوّل الحديد بذلك إلى صلب ، و يضاف الجير أثناء ذلك ليساعد على التخلّص من الشوائب ، و تحتاج هذه العملية إلى حوالي 45 دقيقة ، و الصّلب الناتج يحوي 0.1% كربون مقارنة بحوالي 4% في الحديد الصّب .
و الفرن الأوكسجيني عبارة عن فرن من الصّلب مبطن بطوب حراري ، و يتم تثبيته بحيث يمكن إمالته لإفراغ محتواه ، و يحمل المعدن (الخردة) و كذلك الحديد المنصهر في المحلول ، و يمرّر تيار من الأوكسجين النقي تحت ضغط عال فوق سطح المعدن . فيحترق الكربون محدثا لهبا ساطعا ، و يتحوّل الحديد بذلك إلى صلب ، و يضاف الجير أثناء ذلك ليساعد على التخلّص من الشوائب ، و تحتاج هذه العملية إلى حوالي 45 دقيقة ، و الصّلب الناتج يحوي 0.1% كربون مقارنة بحوالي 4% في الحديد الصّب .
فرن الحجرة المكشوفة
هو فرن ضخم يتسع لـ 500 طن من المعدن و يستعمل الزيت و الغاز كوقود ، و قي هذه الطريقة لا يقابل اللهب الحديد إطلاقا و لكن الحرارة الناتجة من احتراق الغاز تعكس على المعدن حارقة للشوائب التي تنفذ للخارج من خلال فتحات الغاز ، و تحيتج هذه العملية إلى ثماني ساعات تقريبا ، و خلال ذلك تدرس عينات لمعرفة درجة النقاوة ، ثم تضاف عناصر مختلفة لتكوين السبائك المطلوبة .
الفرن الكهربائي
تصنيع الفولاذ بطريقة الفرن الكهربائي مشابهة لطريقة فرن الحجرة المكشوفة إلا أنه في هذه الحالة يختلف مصدر الحرارة ، حيث أن الكهرباء هي مصدر الحرارة هنا .
و الفرن الكهربائي يستعمل لإنتاج صلب على درجة عالية من النقاء ، و غالبا ما يُغذى الفرن الكهربائي بحديد قد تمت تنقيته مرة سابقة بواسطة فرن الحجرة المكشوفة ، و تصب أنواع كثيرة من الصّلب في قواليب حتى تبرد ، و تعرف الكتلة المتصلبة بالصّبة ، و تشكل في أشكال متنوعة لشحنها فيما بعد ، و تستخدم في أغراض عديدة كقضبان السكة الحديدية و الستائر المعدنية للسيارات و الطائرات .
و الفرن الكهربائي يستعمل لإنتاج صلب على درجة عالية من النقاء ، و غالبا ما يُغذى الفرن الكهربائي بحديد قد تمت تنقيته مرة سابقة بواسطة فرن الحجرة المكشوفة ، و تصب أنواع كثيرة من الصّلب في قواليب حتى تبرد ، و تعرف الكتلة المتصلبة بالصّبة ، و تشكل في أشكال متنوعة لشحنها فيما بعد ، و تستخدم في أغراض عديدة كقضبان السكة الحديدية و الستائر المعدنية للسيارات و الطائرات .
تشكيل الفولاذ
بعد أن يُنقّى الحديد من شوائبه يكون جاهزا للاستعمال ، و يمر بمرحلة التشكيل لاستعماله في أغراض متعددة . و يُشكّل الفولاذ بطرق متنوّعة ، فالدّلفنة تدفع الصّبب الفولاذية و تُمدّد صفائح أو أنابيب أو شرائح ، و بالسحب يُشد الفولاذ المدلفن عبر ثقوب متفاوتة القطر لصنع الأسلاك ، و بالصّبّ يُترك الفولاذ في القوالب حتى يبرد و يجمد ، أما فولاذ الحدادة فيُشكَّل بالتطريق على السّاخن .
أنواع الفولاذ
هناك نوعان رئيسيان من الفولاذ ، الفولاذ الكربوني و فولاذ السبائك . أما أنواع الفولاذ منخفضة الكربون فتكون متينة و سهلة التّشكيل . أما أنواع الفولاذ التي توجد بها نسبة عالية من الكربون فتكون صلبة و قصفة (سريعة التكسّر) يمكن إكسابها أطراف قطع حادة .
و تتمايز خصائص أنواع فولاذ السّبائك المختلفة تبعا لنوع الفلزّ الذي تختلط به ، ففولاذ الكروم و النيكل هو فولاذ لا يصدأ و لا يتغير بالحك .
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
تحياتي
