فصل اول: شناخت فلز آهن
1-1) طبیعت و خواص آهن:
آهن دارای نقطه‌ی ذوب و نقطه‌ی جوش می باشد. وزن مخصوص این فلز 86/7 و شعاع اتمهای آهن به صورت (گاما) و به صورت آلفا است.
آهن خالص را نمی توان به طریق صنعتی تهیه کرده آهن با درصد خلوص 9917/99 در آزمایشگاه ها قابل تهیه است. آهن ساخته شده در آزمایشگاه ها 0083/0 درصد ناخالصی دارد و در حدود 27 عنصر را در بر می گیرد که اهم ترکیبات آن عبارتند از کربن، سیلیسیم، گوگرد، فسفر (عناصر دائمی همراه آهن) و سایر ناخالصی ها از قبیل هیدروژن، ازت، کلسیم، منیزیم و غیره. هر نوع ناخالصی روی خواص آهن تأثیر می گذارد، مثلاً اگر مقدار درصد کربن آهن از 02/0 درصد به 1/0 درصد افزایش پیدا کند، هدایت حرارتی آهن را از 177/0 به 134/0 کاهش می دهد. تأثیر ناخالصی های غیرفلزی (فسفر، گوگرد، اکسیژن، ازت و هیدروژن) حتی به مقادیر بسیار ناچیز روی خواص آهن، به مراتب زیادتر از ناخالصیهای فلزی است. از قبیل مس، نیکل، منگنز و غیره است.
آهن خالص قابلیت استفاده صنعتی را ندارد. قابلیت انعطاف آهن خالص زیاد و سختی آن بسیار کم است. این آهن قابلیت سخت شدن را ندارد. بدین علت مطالعه اشکال وجود ناخالصی ها یا به عبارتی دیگر چگونگی انحلال کربن و اکسیژن و سایر ناخالصیها در آهن مذاب از اهمیت زیادی برخوردار است.
1-2) سنگهای معدنی آهن خالص:
تمامی یا بهتر بگویم اکثر فلزات در طبیعت به صورت سنگهای معدنی یافت می شوند، لذا آهن نیز از این قاعده مستثنی نیست. از آن جایی که این فلز یکی از مهمترین مواد اولیه صنایع مهندسی می باشد لذا صنایع بسیاری در مراکزی نزدیک به منابع سنگ آهن، به شرط آن که انرژی‌های سوختی نیز در دسترس باشند تأسیس می گردند.
معمولاً در صنایع استخراجی، سنگهای معدن اکسیدی آهن دارای عیار بیشتری نسبت به سنگهای کربناتی آهن هستند. پس یک سنگ آهن خوب معمولاً محتوی بیش از 20% آهن بوده و در بعضی از انواع سنگ معادن آهن خالص، نظیر هماتیت این مقدار می تواند تا 70% افزایش یابد.
1-3) خواص بلوری آهن خالص:
آهن یک فلز آلوتروپیک است، بدین معنی که بیشتر از یک نوع شبکه‌ی بلوری دارد، در واقع ساختمان شبکه‌ی بلوری دارد، در واقع ساختمان شبکه‌ی بلوری آن در دماهای مختلف تغییر می یابد. منحنی تبرید آهن خالص در شکل (1-1) نشان داده می شود.
آهن در دمای انجماد یافته و شبکه‌ی بلوری آن b.c.c می‌شود. این آهن را آهن (دلتا) می نامند. در تغییر آلوتردپی در آهن ظاهر شده، اتمها موقعیت خود را تغییر می دهند و شبکه‌ی بلوری در آهن ظاهر شده، اتمها موقعیت خود را تغییر می دهند و شبکه‌ی بلوری آهن از b.c.c به f.c.c تبدیل می گردد. این آهن را آهن (گاما) می‌نامند که غیرمغناطیسی است. وقتی درجه‌ی حرارت به رسید تغییر فاز دیگری در آهن رخ می دهد و دوباره تغییر آلوتروپی در آهن ظاهر شده و شبکه‌ی بلوری آن مجدداً از f.c.c. به b.c.c تبدیل می شود. این آهن را آهن (آلفا) می نامند که هنوز خاصیت مغناطیسی ندارد. سرانجام در آهن بدون اینکه شبکه‌ی بلوری خود را تغییر دهد خاصیت مغناطیسی پیدا می کند. قبلاً آهن غیرمغناطیسی را آهن (بتا) می نامیدند ولی بعدها با مطالعات و بررسی های اشعه‌ی X معلوم شد که در ساختمان شبکه‌ی بلوری آهن تغییر نمی کند. سپس کلیه‌ی تغییرات آلوتروپی در موقع خنک کردن آهن حرارت پس می دهند (اگزوترمیک یا گرمازا) و در هنگام گرم کردن آن حرارت جذب می کنند (اندوترمیک یا گرماگیر).
1-4) فرآیند استخراج آهن (متالورژی استخراجی آهن):
سنگ آهن به همراه یک کک مناسب سخت از طریق قسمت بالای کوره ای استوانه‌ای بلند، به داخل کوره ریخته می شود (شکل 1-4).
1. قیف ناودانی 2. واگن وزن کننده شارژ 3. واگنت انتقال مواد به کوره 4. قیف شارژ 5. تویرهای هوا 6. کف کوره 7. سوراخ خروج سوباره
در این کوره هوا با فشار لازم از طریق تویرهای هوا به طرف بالا جریان یافته و اکسیژن لازم را برای احتراق کک فراهم می آورد. حرارت و کربن حاصل از کک باعث احیاء سنگ آهن و تبدیل آن به چدن مذاب می گردد. مذاب چدن به تدریج از قسمتهای فوقانی کوره ذوب شده و با گذشتن از لابلای تکه های کک در ته کوره جمع می گردد. این نکته را بایستی به خاطر داشت که هر گونه سنگ معدن مصرفی، محتوی مقادیری مواد معدنی ناخواسته به نام «گانگ» بوده ولذا برای جدا کردن این مواد زائد (به همراه خاکستر حاصل از سوختن کک) از مذاب، مقداری آهک نیز به داخل کوره ریخته می شود.
آهک این مواد زائد را به صورت سرباره رقیقی درآورده و از طریق سوراخی که در زیر تویرهای هوا و بالای سوراخ خروج مذاب قرار دارد این سرباره از کوره خارج می گردد. از آنجایی که روش گداز و تصفیه سنگ معدن آهن به طریق فوق فرآیند ساده ای می باشد لذا دارای قدمتی هزاران ساله است. اولین کوره های به کار گرفته شده توسط انسان، بسیار ابتدایی بوده و از سنگ ساخته می شده است. این کوره ها دارای ظرفیت ذوب محدودی بوده است. با گسترش صنایع، کوره های به مراتب بزرگتری جایگزین کوره های سنگی گردیدند.
در اولین طرحهای صنعتی کوره های بلند، به جای بدنه سنگی از ورقه های چدنی که درون آن توسط آجرهای نسوز پوشیده شده بود استفاده شد. امروز این نوع جداره ها جای خود را به استوانه های فولادی داده که درون آنها توسط دیرگدازه های مناسبی پوشش گردیده است. در مراحل اولیه تکامل این نوع کوره ها از هوا با درجه حرارت نرمال (درجه حرارت محیط) استفاده شد و به همین دلیل این نوع کوره ها به کوره های بلند با هوای سرد معروف گردیدند.
یکی از تکاملهای اساسی در زمینه کوره های بلند جایگزین نمودن هوای پیش گرم شده بجای هوای سرد است. پیش گرم کردن هوای ورودی به کوره در برجهای گرم کن انجام می شود. در این نوع برجها، آجرهای نسوز را به صورت لانه زنبوری می چینند. گازهای گرم خروجی از کوره بلند که احتراق آنها به طور ناقص انجام یافته، وارد و برج گرم کن شده و به همراه هوای اضافی که وارد این برجها می گردد، این گازها سوخته و باعث حرارت دیدن آجرهای برجها می شود. در هنگامی که گازهای خروجی از کوره بلند صرف حرارت دادن این برجها می گردد دو برج دیگر که قبلاً به طریقه مشابه گرم شده اند، هوای مورد نیاز کوره بلند را از خود عبور داده و آن را تا حدود 650 درجه سانتیگراد پیش گرم می سازند. در فواصل کوتاه زمانی جهت جریان فوق تغییر کرده یعنی هنگامی که دو برج اول هوا ورودی به کوره را پیش گرم می کنند، گازهای خروجی از کوره بلند صرف حرارت دادن به دو برج دیگر می‌شود. در شکل (1-5)، نمای شماتیکی و ابعاد نسبی یک کوره بلند به همراه چهار برج گرم کن هوا نشان داده شده است.
تغییرات شیمیایی که در کوره بلند اتفاق می افتد نسبتاً ساده است. سوختن کک باعث تشکیل شده و قسمت اعظم در جریان تماس با کک گداخته به CO تبدیل می گردد. منواکسید کربن داغ، اکسید آهن را احیاء کرده و نتیجه واکنش انجام شده، آهن مذاب و گاز خواهد بود.
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
همراه با تمام ضمائم (پیوست ها) با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
دانلود متن کامل پایان نامه تکنولوژی ساخت چدن دوگونه (چدن G&D) - 137 ص
