مبانی ذوب آهن در کوره

ابتدا بیایید با درک اصول اولیه شروع کنیم.

سنگ آهن چیست؟

سنگ‌های آهن، سنگ‌ها و مواد معدنی غنی از اکسید آهن هستند که می‌توانند هنگام ذوب آهن فلزی تولید کنند. با توجه به ماهیت اکسید آهن موجود در سنگ آهن، رنگ آنها می تواند از خاکستری تیره تا قرمز تیره متغیر باشد. آهن موجود در این سنگ‌ها معمولاً به شکل مگنتیت، هماتیت، گوتیت، لیمونیت و سیدریت یافت می‌شود. 

برای ذوب آهن به چه ابزار و موادی نیاز است؟

ذوب آهن باید همیشه در محیطی ایمن و تحت نظارت متخصصان انجام شود. در اینجا ابزار و مواد اولیه مورد نیاز برای ذوب آهن آورده شده است:

1. سنگ آهن
2. کوره
3. زغال چوب (به عنوان یک عامل کاهنده)
4. چکش
5. سنگ سندان
6. قاشق و ملاقه
7. انبر شکوفه
8. پوکرها
9. دستکش جوشکار چرم
10. سطل آب
11. دم

چگونه سنگ آهن را در 6 مرحله ذوب کرد:

مثال زیر مراحل اولیه ذوب آهن را از ابتدا نشان می دهد. ما با جمع آوری سنگ معدن و ساختن کوره خود شروع کردیم تا نشان دهیم که ذوب آهن چقدر آسان است. 

صدها سال است که آهن توسط آهنگرها ذوب می شود:

1. سنگ آهن را جمع آوری کنید

سنگ آهن را می توان خرید یا جمع آوری کرد، اما برای تظاهرات، سنگ آهن را خودمان جمع آوری کردیم. بهترین زمان برای جمع آوری سنگ آهن در زمستان است زیرا اقیانوس فعال تر است. امواج فعال ماسه سیاه و مغناطیسی را از ماسه سیلیسی سبک تر جدا می کند. این ماسه مغناطیسی سنگ آهنی به نام مگنتیت است که در ترکیب با کربن، آهن ایجاد می کند. همانطور که ممکن است تصور کنید، سنگ آهن سنگین است، بنابراین جمع آوری آن به صورت محلی و با گروهی از مردم کار را آسان تر می کند.

2. کوره را بسازید

این کوره که بلومری نیز نامیده می شود، برای گرم کردن سنگ آهن همراه با یک عامل کاهنده شیمیایی (زغال چوب) استفاده می شود. گلدهی سنتی گرمای کافی برای ذوب کامل سنگ معدن تولید نمی کند. در عوض، سنگ معدن به یک توده اسفنجی تبدیل می شود که باید از طریق چکش کاری در مرحله 6 بیشتر تصفیه شود.

دپارتمان آهنگری ما کوره گلدار خود را با استفاده از 350 پوند خاک رس ساخت و آن را با الهام از اقیانوس تزئین کرد تا منبع سنگ آهن را منعکس کند. «بیشتر افرادی که کارخانه‌های ذوب را می‌سازند، با انجام کارهای مجسمه‌سازی، کمی جادو به آنها می‌دهند. به طور سنتی اعتقاد بر این است که تزیینات باعث می شود که شانس یا یک جزء معنوی به بوی آهن اضافه کنند.» جف به ما گفت. سلست که یک سرامیک‌کار نیز هست، توضیح داد که برای ساختن کوره از روشی مشابه ساخت دیگ کلاف استفاده کرده‌اند، ابتدا کلاف‌های بزرگی را تشکیل می‌دهند و هر کلاف را می‌لغزند و نمره می‌دهند تا همه آن‌ها را جمع کند.

3. عامل کاهنده را آماده کنید

برای استخراج آهن از سنگ آهن، به یک عامل احیا کننده همراه با حرارت نیاز است. زغال چوب یک عامل کاهش دهنده عالی و ارزان است، بنابراین ما از آن برای این نمایش استفاده کردیم. 

قبل از اینکه بتوان از زغال چوب استفاده کرد، باید به قطعات کوچکتر و قابل کنترل تر تقسیم شود. این در نهایت یکی از مشاغل فشرده‌تر در فرآیند ذوب است. 

جف پرینگل به ما گفت: «بوی نفس مردم را به خود جذب می‌کند، حتی اگر در کار کوبیدن چند صد پوند زغال سنگ گیر کرده باشند و در پایان روز کثیف شوند». تیم ما از زغال کهور و بلوط، رایج ترین نوع زغال چوب در ایالات متحده استفاده کرد. 

هنگامی که به قطعات کوچکتر تقسیم می شوند، زغال سنگ و سنگ آهن (ماسه) به نسبت 1:1 با هم مخلوط می شوند.

4. کوره را شارژ کنید

قبل از افزودن مخلوط سنگ آهن و زغال چوب، کوره باید شارژ شود. شارژ یک کوره صرفاً به معنای گرم کردن آن تا دمای کافی برای ذوب شدن است. 

هنگامی که کوره به درجه حرارت رسید، آهنگرهای Crucible مخلوط ماسه و زغال چوب را اضافه کردند. بن لاک‌وود-جانستون، یکی از رهبران جوانان Fuego سال اول ما در بخش آهنگری، آنجا بود تا به شارژ کردن کوره کمک کند. بن پانزده ساله درباره علاقه خود به آهنگری توضیح داد: "من همیشه به استفاده از آتش علاقه مند بوده ام." Crucible به من کمک کرد تا مهارت‌هایم را تقویت کنم و از آنها برای ایجاد چیزهای پیچیده‌تر استفاده کنم.»

5. حرارت دادن سنگ آهن و زغال سنگ

در داخل کوره، کربن حاصل از احتراق ناقص زغال چوب، اکسیدهای آهن را به آهن فلزی تبدیل می کند. دما و نسبت زغال چوب باید به دقت کنترل شود تا آهن بیش از حد کربن جذب نکند. در انتهای کوره، زغال چوب که بیشتر کربن است، اکسیژن هوا را می مکد و کوره داغ ایجاد می کند. پایه کوره غنی از سوخت می شود و کربن، تشنه اکسیژن، شروع به کشیدن اکسیژن از سنگ آهن می کند. ذرات آهن به ته کوره می ریزند و با سرباره مذاب ترکیب می شوند که به آن "شکوفه" نیز می گویند.

هنگامی که شکوفه استخراج شد، برای تصفیه بیشتر برای حذف ناخالصی ها کنار گذاشته می شود. 

6. کارهای پایانی

آدریان و کریس آهنگرهای بوته گل را دوباره در فورج گرم کردند و آن را با چکش زدند تا سرباره مذاب را بیرون بریزند و آهن را خالص کنند. تیم ما با بیست و پنج پوند آهن کم کربن باقی ماند. محتوای کربن کم کار کردن با آهن را آسان‌تر می‌کند و باعث می‌شود یک ماده زیبا برای ساختن یک مجسمه اجتماعی مشترک ایجاد شود!