آهن چهارمین عنصر رایج در پوسته زمین (پس از اکسیژن، سیلیکون و آلومینیوم ) و دومین فلز رایج (پس از آلومینیوم) است، اما از آنجایی که به راحتی با اکسیژن واکنش نشان می دهد، هرگز به شکل خالص آن استخراج نمی شود (اگرچه شهاب سنگ ها هستند). گاهی اوقات کشف می شود که حاوی نمونه هایی از آهن خالص است). مانند آلومینیوم، بیشتر آهن راکد شده در داخل زمین به شکل اکسیدها (ترکیبات آهن و اکسیژن) وجود دارد. اکسیدهای آهن در هفت معدن اصلی (مواد معدنی خام و سنگی استخراج شده از زمین) وجود دارد:
– هماتیت (فراوان ترین)
– لیمونیت (همچنین سنگ معدن قهوه ای یا آهن باتلاقی نیز نامیده می شود)
– گوتیت
– مگنتیت (سنگ سیاه؛ نوع مغناطیسی اکسید آهن که لودستون نیز نامیده می شود)
– پیریت
– سیدریت
– تاکونیت (ترکیبی از هماتیت و مگنتیت).
سنگ معدن های مختلف حاوی مقادیر متفاوتی آهن هستند. هماتیت و مگنتیت حدود 70 درصد آهن، لیمونیت حدود 60 درصد، پیریت و سیدریت 50 درصد و تاکونیت فقط 30 درصد دارند. با استفاده از ترکیبی از معادن عمیق (زیر زمین) و استخراج روباز (روی سطح)، جهان تقریباً 1000 میلیون تن سنگ آهن در سال تولید می کند که چین مسئول کمی بیش از نیمی از آن است.
انواع آهن
آهن خالص آنقدر نرم و واکنش پذیر است که نمی تواند کاربرد واقعی داشته باشد، بنابراین بیشتر آهنی که ما تمایل داریم برای مصارف روزمره استفاده کنیم، در واقع به شکل آلیاژهای آهن است : آهن با عناصر دیگر (به ویژه کربن) مخلوط شده تا قوی تر شود. فرم های انعطاف پذیرتر فلز از جمله فولاد. به طور کلی، فولاد آلیاژی از آهن است که حاوی حدود 2 درصد کربن است، در حالی که سایر اشکال آهن حاوی حدود 2 تا 4 درصد کربن هستند. در واقع، هزاران نوع مختلف آهن و فولاد وجود دارد که همگی حاوی مقادیر کمی متفاوت از سایر عناصر آلیاژی هستند.
آهن خام
آهن خام اصلی را شمش آهن می نامند زیرا به شکل بلوک های قالبی درشت که به نام شمش تولید می شود. آهن خام با گرم کردن سنگ آهن (غنی از اکسید آهن) در کوره بلند ساخته می شود: یک شومینه صنعتی عظیم، به شکل یک استوانه، که در آن جریان های عظیمی از هوای گرم در "انفجار" های معمولی وارد آن می شود.
چدن
یکی از معروف ترین ساختمان های آهنی جهان، کاپیتول در واشنگتن دی سی، دارای گنبدی است که از 4041146 کیلوگرم (8909200 پوند) چدن ساخته شده است. چدن به سادگی چدن مایعی است که ریخته گری شده است: در قالب ریخته شده و اجازه داده می شود تا خنک و سخت شود تا شکل ساختاری تمام شده مانند لوله، چرخ دنده یا یک تیر بزرگ برای پل آهنی ایجاد شود.
آهن ساخته شده یا فرفورژه
چدن در لحظه ای که آلیاژ آهن مایع در قالب خنک می شود، شکل نهایی خود را به خود می گیرد. فرفورژه یک ماده بسیار متفاوت است که از مخلوط کردن آهن مایع با مقداری سرباره (ضایعات باقیمانده) ساخته می شود. نتیجه یک آلیاژ آهن با محتوای کربن بسیار کمتر است.
آهن فرفورژه نرم تر از چدن است و سختی بسیار کمتری دارد، بنابراین می توانید آن را گرم کنید تا نسبتاً آسان به آن شکل دهید، و همچنین بسیار کمتر مستعد زنگ زدگی است. با این حال، آهن فرفورژه نسبتاً کمی در حال حاضر به صورت تجاری تولید می شود، زیرا بیشتر اشیاء تولید شده از آن در حال حاضر از فولاد ساخته می شوند که هم ارزان تر و هم به طور کلی کیفیت ثابت تری دارند. آهن فرفورژه همان چیزی است که مردم قبل از اینکه در اواسط قرن نوزدهم در تولید فولاد در مقادیر زیاد مهارت پیدا کنند، از آن استفاده می کردند.
انواع آهن آلات
آهن آلات صنعتی :
– مقاطع فولادی
این نوع آهن آلات صنعتی پرکاربردترین اشکال آهن و آلیاژهای فولادی هستند که موارد مصرف زیادی در بازار آهن و به ویژه درزمینه ی آهن آلات صنعتی دارند.
– ورق های فولادی
ورق های فولادی از آلیاژهای آهن هستند که در ابعاد و ضخامت های مختلف ساخته می شوند و کاربرد آن ها در صنایعی مانند تولید لوله های نفت و گاز و بسیاری صنایع دیگر می باشد.
ورق فولادی در ساختمانسازی و صنایع مختلف کاربرد گستردهای دارد. دلیل آن هم ویژگیهای مکانیکی و فیزیکی ممتاز این محصولات است. به ورق فولادی، شیت یا پلیت فولادی هم میگویند. صنایع خُرد و کلان بسیاری مانند صنعت خودروسازی، لوازم خانگی، ریلسازی، کامپیوتر و وسایل الکترونیکی، ساختمانسازی، راهسازی و بسیاری از صنایع ریز و درشت دیگر از مشتریان شیتهای فولادی هستند.
– میلگرد ترانسمیسیون
میلگرد ترانسمیسیون یکی از پرمصرف ترین انواع میل گردهای صنعتی و مقاطع فولادی در صنعت است.
انواع مختلف فولادهای ترانسمیسیون (ترانس) و اتومات از ترکیه، تایوان، ایتالیا و کشورهای دیگر جهان وارد می شود. آن ها شامل :
1. میل گرد
2. تسمه
3. شش گوش
4. چهارگوش
– ریل، تیرآهن، ناودانی و هاش
کاربرد ریل های فولادی عمدتاً در سوار کردن واگن و لکوموتیو بر روی آن ها می باشد.
تیرآهن و ناودانی و هاش صنعتی نیز در انواع مختلف با استانداردهای ویژه صنعتی تولید شده، در ابعاد و شماره های گوناگون ساخته می شوند که به شکل وسیعی در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند.
– لوله های صنعتی
لوله های صنعتی و مانسیمان یک سری لوله هایی هستند که تولید آن ها در ضخامت های زیاد و قطر بالا صورت می گیرد. در انتقال مواد نفتی و گازی و غیره در فواصل مختلف و شرایط دشوار و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.