بررسی جامع آهن
تاریخچه:
قدمت استفاده بشر از آهن به ماقبل تاریخ برمی گردد. کشف ابزارهای فلزی، سلاح های جنگی و لوازم زینتی- که به وسیلة انسانهای ماقبل تاریخ مورد استفاده بوده است- دلیل این مدعاست.
تصور بر این است که اولین نوع آهنی را که انسان استفاده کرده است منبع شهاب سنگی داشته است زیرا بابلیان و آشوریان آهن را پارزیلو، سومریان و کلدانیان آن را بارسا، عبریان آن را بارزل و مصریان آن را با- ان- پت می نامیدند که همة این لغات به معنی فلز بهشتی به کار رفته است که بیانگر ریشة شهاب سنگی این فلز است. بشر اولیه علاوه بر منبع شهاب سنگی، آهن را به صورت خالص و نیز بعدها از احیای سنگ آهن تولید و استفاده نموده است از آن جایی که دو منبع اولی کمبود و نایاب بودند، روش سوم یعنی: احیای سنگ آهن توسعه و گسترش یافت، ولی دقیقاً مشخص نیست که در چه تاریخی انسان، آهن را از سنگ معدن به دست آورده است. همچنین اشیایی از جنس طلا، نقره، مس و برخی فلزات دیگر کشف شده اند که در حد بسیار اعلا و خالص بوده اند. طلا و نقره به دلیل نرمی برای ساخت ابزار جنگی و وسایل معمولی نامناسب بوده اند، از این رو از آنها برای ساخت ظروف و لوازم زینتی استفاده می شده است. باستان شناسان معتقدند که انسان قبل از کشف آهن به استخراج مس کاملاً آشنا بوده است و از مخلوط (آلیاژ) مس و قلع (برنز) و مس و روی (برنج) آلیاژهایی با کاربردهای وسیع به دست می‌آورده، آنها را در کوره های موجود ذوب و لوازم مختلف می ساخته است.
استخراج و تصفیه آهن:
بخش اعظم میلیونها تن آهن و فولادی که روزانه در جهان تولید می شود به مصرف ساختمانی می رسد که به شکلهای مختلف از قبیل تیرآهن، نبش، ناودانی، سپری، تسمه، ورق، لوله میلگرد، ریل و دیگر پروفیلهای ساختمانی عرضه می شود. فولاد آهن را از احیای اکسید آهن به دست می آورند.
شمش ریزی:
مقدار عمدة فولادهای تولیدی به روش های متعدد عمدتاً به روش ریخته گری مداوم به شمش تبدیل، که متعاقباً به روش نورد به مقاطع تجارتی تبدیل می شود. اندازه و شکل شمشهای فولادی به محصولاتی که باید تولید شود بستگی دارد. برای تولید تیرآهن، میلگرد و امثال آن، مقطع شمش مربع است. اما برای تولید ورق یا تسمه مقطع شمش مستطیلی است. در فرآیند نورد طول شمش افزایش و ضخامت آن کاهش می یابد، اما عرض آن به دلیل محدودیت حاصل از غلتکهای نورد چندان تفاوتی نمی کند؛ مگر این که در جهت عرض نورد شود.
تولید محصولات نیمه ساخته:
شمشها در مراحل متعدد نورد به محصولات نیمه ساخته (مقاطع ساختمانی) از قبیل تیرآهن استاندارد، تیرآهن بال پهن ریل و غیره تبدیل می شوند.
مقاطع فولادهای ساختمانی:
مقاطع فولادهای ساختمانی معمولاً با یک حرف که بیانگر مقطع و دو عدد (برای نبش سه عدد) است، مشخص می شوند. عدد اول، عمق مقطع بر حسب اینچ یا میلیمتر و عدد دوم وزن مقطع در واحد طول برحسب پوند در هر فوت یا کیلوگرم در هر متر است؛ برای مثال 87*14w مقطعی بال پهن، با عمق 14 اینچ و وزن 87 پوند در هر فوت است. مقطع نیز نبش با دو ساق مساوی با طول 8 اینچ و ضخامت یک دوم اینچ است که آن را به صورت نیز مشخص می کنند. در شکل برخی مقاطع نوردی نشان داده شده است.
لوله چدنی:
لولة چدنی، به دلیل دیوارة ضخیم و مقاومت ذاتی بالا در برابر خوردگی، عمر نسبتاً طولانی دارند و از این لوله ها برای توزیع آب، گاز، مایعات و فاضلاب شهری یا صنعتی به صورت زیرزمینی یا روکار استفاده می شود. این لوله ها به گونه ای طراحی و ساخته می شوند که بتوانند نیروهای وارده را که شامل موارد زیر است تحمل کنند.
- فشار کاری (فشار طراحی)
- ضربه های حاصل از موج سیال حدود kpa 690 (psi100)
- فشار حاصل از خاکریزی گودال
- فشار حاصل از عبور و مرور وسائط نقلیه (ترافیک)
برای تولید این لوله ها از دو نوع چدن، چدن خاکستری و چدن داکتایل استفاده می شود.
قطر لوله هایی که از چدن خاکستری تولید می شوند 3 تا 24 اینچ و طول 18 تا 20 فوت (5/5 تا 6 متر) است. این لوله ها با لایه ای از قیر به ضخامت 25% میلیمتر (1 mil) در سطح خارجی و پوشش سیمانی یا قیر در سطح داخلی به بازار عرضه می شود.
لوله چدنی داکتایل (نشکن)
امروزه لوله های چدن داکتایل جای لوله های چدن خاکستری را گرفته اند. این لوله ها در اندازه های استاندارد به قطرهای 3 تا 5 اینچ تولید می شوند علیرغم چدن خاکستری، چدن داکتایل تنش تسلیم معینی دارد و براساس حداقل خواص مکانیکی درجه بندی می شود.
لوله چدنی لوله ای است که بیشترین مصرف را دارد. این لوله به دلیل قابلیت ماشینکاری به سهولت بریده شده و رزوه می شود این لوله قبل از استفاده تحت آزمایشات مختلفی از قبیل کشش، ضربه، فشار هیدرواستاتیکی، تعیین ترکیب شیمیایی قرار می گیرند. برای اتصال این لوله ها از روشهای مختلف منجمله استفاده از پشم سرب، ترکیبات گوگرد، سیمان پرتلند، ریخته گری سرب+ کنف و اتصالات چدنی مختلف رزوه دار و بدون رزوه استفاده می شود.