آهن و استیل
(Iron and Steel)
از جمله محصول تصفیه شده آهن که بیشترین و گسترده ترین استفاده را در میان فلزات دارد ، فولاد می باشد و بازیافت آهن و فولاد فعالیت مهمی در سراسر دنیا است .
محصولات آهن وفولاد در بسیاری از ساختار ها و کاربردهای صنعتی مانند : دستگاه ها ، پل ها ، ساختمان ها ، مخزن ها ، اتوبان ها ، خودروسازی ها و ا بزارها به کار می رود است .
هم اکنون ذوب آهن های ایران به دو روش کاهش سنگ معدن آهن (که بیشتر آن هماتیت Fe2O3 است.) به وسیله ذغال کک در اصفهان و کاهش مستقیم توسط گاز طبیعی در اهواز و مبارکه در حال فعالیت است .
کاهش سنگ آهن در کوره بلند : تهیه آهن از سنگ معدن آن شامل واکنش های اکسایش- کاهش است که در کوره ای به خاطر ارتفاع زیادش کوره بلند نامیده می شود ، انجام می گیرد . بلندی این کوره بین 24 تا 30 متر و قطر پهن ترین بخش آن 8 متراست . مجموعه واکنش های انجام یافته درون کوره بلند را می توان به طور خلاصه کاهیده شدن اکسید آهن به وسیله گاز منواکسید کربن در نظر گرفت که این فرایند به تولید فلز ناخالص می انجامد . واکنش به صورت زیر انجام می گیرد : گرماFe2O3(s) 2CO(g)+
در کوره های بلند آهن حاصل به صورت چدن مذاب به پایین کوره سرازیر می شود . سپس از طریق دریچه های کناری خارج می شود . چدن حاصل از کوره ی بلند ، به علت ناخالصی های زیادی ( از جمله این ناخالصی ها می توان کربن در حدود 5 درصد ، سیلیسیم در حدود 1درصد ، منگنز در حدود 2درصد ، فسفر در حدود 3/0 درصد و گوگرد در حدود 4/0 درصد را نام برد .) که در آن وجود دارد شکننده و نا مرغوب است و به همین دلیل بخش اعظم آن برای ساختن فولاد به کار می رود . در این کوره ها بیشتر ناخالصی ها را از طریق اکسایش حذف می کنند . یک روش امروزی برای تبدیل چدن به فولاد استفاده از کوره بازی اکسیژن است . در این روش گاز اکسیژن را از طریق یک لوله مقاوم در برابر گرما به سطح آهن گداخته می دمند . بخش اعظم کربن تا مرحله تولید CO می سوزد و این گاز در دهانه خروجی کوره آتش می گیرد و به CO2 مبدل می شود . مقدار کربن در فولاد های معمولی به 35/1 درصد می رسد .
با توجه به اهمییت بازیابی آهن از آهن قراضه ، بخش مهمی از فولادی که تهیه می شود ، از دمیدن اکسیژن در کوره ای که حاوی چدن و آهن قراضه است تهیه می کنند . بنابراین در این نوع کوره ها جهت تولید فولاد باید مقدار زیادی از آهن قراضه در کوره وجود داشته باشد .
برای آشکار نمودن اهمیت آهن کهنه در تولید فولاد آماری را از مقدار سنگ آهن ورودی و مقدار آهن قراضه را که در کوره ها استفاده می کنند ، مطرح می کنیم :
- سنگ آهن مورد نیاز سالانه در حدود 5 ملیون تن ( که بیشتر آن منگنیت Fe3O4 ) که بخش اعظم آن از معادن گل ِ گهر سیرجان و چادر ملوی کرمان تأمین می شود که از طریق راه آهن به مجتمع منتقل می شود و پس از آسیاب کردن و مخلوط کردن با آب آهک ، گرما دادن و گُندله سازی ( تبدیل ذره های ریز به ذره های گلوله مانند ، درشت تر و تا حدودی متخلخل ) به کوره های کاهش مستقیم منتقل می شود .
- سالانه در حدود 700 هزار تن آهن قراضه ورودی کوره های فولاد سازی مجتمع است .
بازیافت آهن و استیل به روش ذوب کردن و دوباره قالب گیری کردن و در آوردن به فرم نیم تمام (که این فرم در تولید محصولات جدید استیلی به کار می رود ) انجام می شود ؛ زیرا از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است . قطعات بازیافتی آهن از دو دسته بزرگ به وجود می آید .
- دسته اول شامل قطعات بازیافتی خانگی است که در زباله ها وجود دارد
- دسته دوم شامل قطعاتی می شودکه حاصل عملیات کارخانه ای ، برای ساخت فولاد است . این گروه را توسط ماشین هایی به کارخانه ذوب آهن می برند و آن ها را دوباره بازیافت می کنند . البته بدون وجود کارخانه ای که فولاد بسازد ، قطعات بازیافتی به وجود نمی آید . این قطعات می توانند حاصل تراشکاری هم باشند و چون ترکیبات این مواد شناخته شده است ، بازیافت آن ها نیز آسان است .
یکی دیگر از منابعی که درصد زیادی از فلزات بازیافتی را تشکیل می دهد ، بدنه خودرو های فرسوده است که ساختار فولاد آنها ویران شده و از بین رفته است . در کشور ما نیز این منبع ، مورد توجه زیادی قرار گرفته است .
تنوع و گستردگی محصولاتی که از آهن به وجود می آید نسبت به سایر فلزات بیشتر است و به همین دلیل ، ساختار شیمیایی و عملکرد فیزیکی این محصولات نیز متفاوت است . این امر موجب می شود که بازیافت این مواد نیازمند آماده سازی بیشر مانند : طبقه بندی ، گالوانیزه کردن و قله اندود کردن باشد .
در سال 2001 در حدود 45% از مقدار آهنی که برای ساختن خودروها به کار رفته ، از قطعات آهن بازیافتی بوده است . این مقدار در حدود 13900000 تن بوده است که طبق آمارهای داده شده می توان با این میزان ، در حدود 14000000 اتوموبیل را تولید کرد .
تولیدات فولاد کارخانه ای در اثر فعالیّت های شیمیایی و فیزیکی است و اغلب محتوای این فولاد را عناصری مانند : کربن ، کرومیوم ، کبالت و منیزیم ، مولیبدن ، نیکل ، سلیکن ، تنگستن و وانادیم تشکیل می دهد . برخی از تولیدات فولاد را با موادی ، برای جلوگیری از زنگ زدن ، دوام بیشتر ، زیبایی و ... می پوشانند . این مواد عبارت اند از : آلمینیوم ، کرومیوم ، آلیاژ قلع و سرب ، روی و قلع .
کارخانه های ذوب فولاد ، این قطعات را بر اسا س مقدار اکسیژن ، در کوره های دارای قوس الکتریکی(BOF) و تا حد کمی در کوره های انفجاری(EAF) ، قرار می دهند .
بازیافت آهن واستیل مزایای زایادی را به همراه دارد که می توان حفظ منابع طبیعی ، صرفه جویی در مصرف انرژی و تمیزی محیط زیست را نام برد .
بازیافت 1 تن فولاد ، حفظ Kg 1030 از کانی های فلزی آهن ، Kg 580 ذغال سنگ و Kg 5 سنگ آهک را به دنبال دارد . همچنین تخمین زده شده است که سالانه ، بازیافت فولاد باعث ذخیره انرژی الکتریکی 18000000 خانه (در ایالات متحده) می شود .
یکی از وسائلی که تقریباً در ساخت تمام پروژه ها بکار می رود پیچ می باشد. پیچ بدون شک یکی از مهم ترین اختراعات مکانیکی در جهان بوده است. پیچ ها انواع متنوعی دارند.