صفحة بال مون على الموقع التواصل الاجتماعي فيسبوك

-







السلسلة الهندسية (12) || صناعة الحديد Iron Industry ||
العلوم الهندسية




المنتدى | upload|books-computer games-software| Palmoon Market| games العلوم الهندسية|الأرشيف|الرئيسية






***

السلسلة الهندسية (12) || صناعة الحديد Iron Industry ||



تنقية الطحالب داخل المعمل - السلسلة الهندسية (12) || صناعة الحديد Iron Industry || - محرك ستيرلينغ\"الهواء الساخن\" Stirling Process
العلوم الهندسية|الأرشيف|الرئيسية
****

بسم الله الرحمن الرحيم

وبه نستعين وعليه نتوكل وإليه المصير

 

 

أحبائي أعضاء ومشرفي منتدى العلوم الهندسية الأعزاء

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته



عدت بعد غياب طويل أشارككم ببعض المعلومات والمواضيع العلمية البسيطة في مجال الدراسات الهندسية

وأحببت ان اواصل ما بدأت بما سميته السلسلة الهندسية ، في هذا الموضوع الثاني عشر لي في هذا المنتدى بشكل خاص وخاص جداً

 

موضوعي اليوم يتحدث عن أحد أهم العناصر في كوكب الكرة الأرضية -الحديد- ، سأتحدث عن بعض خواصه و المواد الخام الخاصة به وتحضيرها بالإضافة إلى طرق تصنيع الحديد ومركبات الحديد، سأذكر أيضا استخ دامات واضرار الحديد في ايامنا هذه




                              المحتوى                              

 1. مقدمة
2. خواص الحديد الفيزيائية
3. الحديد في القرآن
4.خامات الحديد وتحضيرها
5. انتاج الحديد:
    أ. الفرن العالي    ب. الاختزال المباشر   ج. الصهر
6. تصنيع منتجات الحديد
7. استخدامات الحديد
 


 


                              الحديد                               
 


الحديد عنصر كيميائي وفلز ، من أقدم المعادن المكتشفة ، يرمز له بالرمز Fe وعدده الذري 26 . يقع الحديد في الجدول الدوري في المجموعة الثامنة والدورة الرابعة ، وهو عنصر ضروري لحياة الإنسان كونه يدخل في تركيب هيموجلوبين الدم، وكذلك لحياة النباتات كونه يدخل في تركيب الكلوروفيل، و يدخل في كل شيء تقريباً. يحتل الحديد المركز الرابع من حيث وجود العناصر في القشرة الأرضية، وهو فلز قابل للطرق والسحب ،ويدخل في صناعة العديد من المسبوكات.

تحتوي النيازك الساقطة على الأرض على كميات من الحديد قد تصل إلى 90% من كتلة النيازك.

الشبكة البلورية للحديد على هيئة مكعب تتوزع على كل زاوية من زواياه ذرة حديد (ثمانية ذرات) ، وتقع تاسعة في مركز المكعب ، والاوتونيوم ، يوجد بناء بناء فريد من نوعه في مدينة بروكسل يمثل نموذج الشبكة البلورية للحديد مكبراً 165 مليار مرّة، جاء البناء رمزاً لعظمة الحديد ودوره في حياة البشريّة.

يعد الحديد أقوى الفلزات على الإطلاق وأكثرها أهمية للأغراض الهندسية شرط حمايته من الصدأ (أي التفاعل مع الأكسجين). هناك عدة طرق لحماية الحديد من الصدأ وأبسطها على الإطلاق منع تماس الأكسجين أوالرطوبة عن الحديد وذلك بتغليف الحديد بمادة عازلة مثل استخدام الأصباغ أو عوازل PVC مثلاً. من أفضل الطرق المستخدمة لدى إنتاجه هي استخدام نظام الحماية الكاثودية لحماية الحديد من الصدأ والتآكل.

 

                                                   & nbsp;     

 

   الجدول الدوري وموقع عنصر الحديد

بالإضافة إلى بعض الخواص الكيميائية
                 &nb sp;              

 

  

 


 


                              خواص الحديد الفيزيائية                               
 

 

 

 الخاصية الفيزيائية

 الوصف

 حالة المادة الطبيعية

 صلب

 كثافته عند درجة الحرارة 25ْم

7.86 غ/سم³ 

 كثافته عند الذوبان

 6.98 ج/سم³

 درجة الانصهار

 1538 ْ م   -   2800 ْف

 درجة الغليان

 2861 ْم    - 5182 ْ ف

 السعة الحرارية

 25.10 جول/(مول.كلفن)



                             &n bsp;الحديد في القرآن                                 


وردت كلمة حديد في عدة مواضع في القرآن الكريم. كما أن الحديد هو اسم لسورة من سور القرآن؛ أنظر سورة الحديد.

{ لَقَدْ أَرْسَلْنَا رُسُلَنَا بِالْبَيِّنَاتِ وَأَنْزَلْنَا مَعَهُمْ الْكِتَابَ وَالْمِيزَانَ لِيَقُومَ النَّاسُ بِالْقِسْطِ وَأَنْزَلْنَا الْحَدِيدَ فِيهِ بَأْسٌ شَدِيدٌ وَمَنَافِعُ لِلنَّاسِ وَلِيَعْلَمَ اللَّهُ مَنْ يَنْصُرُهُ وَرُسُلَهُ بِالْغَيْبِ إِنَّ اللَّهَ قَوِيٌّ عَزِيزٌ} صدق الله العلي العظيم (25)

ويعتقد المسلمون بموجب هذه الايه القرانية ان الحديد يعتبر من المعجزات القرانية اذ اثبتت ان الحديد لم يكن موجودا على الارض اطلاقا من قبل ملايين السنين بل تم انزاله للارض عبر النيازك وذلك منذ فترات تكوين الارض.

 

 

 

                              خامات الحديد                                

 

  • الهيماتيتhématite:

وهو عبارة عن اكسيديك الحديديك Fe2O3 الذي يحتوي على نسبة 70% من الحديد ويوجد في الوان متعددة تتراوح مابين الاحمر إلى اللون الرمادي او الاسود ويوجد في احجام مختلفة ما بين كتل ضخمة إلى مسحوق.

 

  • الماجينيت:magénite

رمزه الكيميائي Fe3o4و يحتوي على نسبة 72,4%من الحديد ولونه اسود ذو بريق ولمعان كما يعد من انقى خامات الحديد وهو ذو مغناطيسية عالية.

 

  • الليمونيت :

رمزه الكيميائي 2Fe3O3H2O حيث يحتوي على نسبة تتراوح بين 40% إلى 50% من الحديد ونسبة 10% من الماء يميل لونه إلى الاصفر البني او يكون مخططا باللون الاحمر.

 

 

 

                              تحضير الخامات                                 

  • عملية التكسير:

ان الخام الناتج من المناجم يكون عادة في صورة صخور كبيرة لا تتناسب مع عمليات الصهر لذا تجرى عليها عملية التكسير للوصول إلى الحجم المناسب.

  • عملية الفرز:

تتم هذه العملية بواسطة المغناطيس ليختار النسبة المعقولة من خام الحديد .

  • تعريض خام الحديد إلى فترة طويلة في الهواء كونها تحتوي على نسب كبيرة من الكبريت ليتحول إلى كبريتات يمكن ان تذوب في الماء عند الغسل.
  • عملية التكليس:

و هي عرض خام الحديد لدرجة الحرارة من اجل ازالة الرطوبة وما تبقى من الشوائب.

 

 

 

                    &n bsp;         انتاج الحديد                                 

تتم صناعة الحديد باستخدام:

 

1. طريقة الفرن العالي

  • يدخل تيار من الهواء الساخن عبر انابيب النفخ الواقعة اسفله حيث يتفاعل الاكسجين مع الكوك مكونا CO
  • صعود غاز ساخن عبر شقوق الكوك فيتم اختزال أكاسيد الحديد.
  • يغادر الغاز قمة الفرن من المنافذ المتواجدة أعلاه.
  • يسيل الحديد المصه ور و الخبث عبر طبقة الكوك نحو الموقد .

 

         - نواتج الفرن العالي

  • الخبث: يحتوي الخبث على كميات قليلة من أكاسيد الحديد , رماد الفحم حيث يستعمل في رصف الطرق وفي صناعة الاسمنت.
  • الغازات: تنتج هاته الغازات بمعدل 4000م/طن.
  • حديد التمساح: يحتوي على 5% من الكربون وعلى 93% من الحديد,ولكن بإعادة صهره حيث يتم صناعة حديد الزهر .

 

    الفرن العالي

     

     

    2. انتاج الحديد بالاختزال المباشر

     

    لقد حدد تعبير "الاختزال المباشر "في الوقت الحالي بانه اسلوب احتزال اكاسيد الحديد لانتاج الحديد منها باستعمال الغازات المختلفة كوسط مختزل وتتم هذه العملية عند درجة حرارة اقل من درجة حرارة الانصهار اي من مواد الشحنة حيث تكون درجة حرارة الاختزال فيما بين c°800الى c°900 . وكان يعرف الحديد الناتج من هذه العملية باسم الحديد الاسفنجي ومع نهاية الثمانينات من القرن العشرين وصل انتاج حديدالاختزال المباشر إلى حوالي 50مليون طن/سنة ،ويمكن القول بان العوامل المساعدة على زيادة انتاج حديد الاختزال ترجع إلى مميزات هذا الاسلوب .

     

    • مميزات الاختزال المباشر :

    تمتاز هذه الطريقة في انتاج الحديد بمزايا عديدة ومن هذه المزايا التي ساعدت على ازدهار ونمو هذه الطريقة وخاصة في الدول النامية ما ياتي:

      • لا تحتاج هذه الطريقة إلى الكوك وهذا بدوره ادى إلى كثير من المزايا هي :
    1. تقليل مخاطر اعتماد الصناعة على مادة خام غالية الثمن وغير متوافرة.
    2. عدم توافر الفحم الحجري المناسب لصناعة الكوك في الدول العربية .
    3. ترتبط بصناعة الكوك مشكلات عديدة وخاصة ما يتصل بتلوث البيئة .
      • امكانية انشاء وحدات ذات طاقة انتاجية صغيرة تكون تكلفة انشائها اقل بكثير من الافران العالية .
      • هذه التقنية بسيطة و حديثة الدول النامية يسهل استيعابها و استخدامها.
      • تتوافر في كثير من الدول مصادر الطاقة المطلوبة وعلى وجه التحديد الغاز الطبيعي.
      • لا تحتاج إلى فترة طويلة لانشاء الفرن العالي .
      • الحديد المنتج من هذه العملية خال من الكربون بينما حديد التمساح الناتج من الفرن العالي يحيوي تقريبا4% كربون.



        رسم توضيحي لعملية انتاج الحديد بالاختزال المباشر

 

 

3. انتاج الحديد بالصهر

لقد ظهرت طرق بديلة ل انتاج الحديد،وبعض هاته العمليات تنتج الفولاذ مباشرة في خطوة واحدة بدلا من انتاج الحديد ثم تنقيته لانتاج الفولاذ. واهم هذه الطرق ما يعرف باسم الصهر،والاختلاف الاساسي بين الاختزال المباشر والصهر ان الناتج في الحالة الثانية يكون سائلا،بينما في الاوللى ينتج الحديد في صورة جامدة وتتم هاته العملية في فرن الصهر او قد يكون الصهر و الاختزال باستخدام البلازما.

  • الاختزال وصهر البلازما:

يتضح من خلال الاسم ان هاته العملية تستخدم البلازما الناتجة عن تاين الغازات عند درجة حرارة حوالي 3000°c ويحدث الصهر والاختزال البلازمي على مرحلتين:

    • يتم في الخطوة الاولى اختزال خام الحديد جزئيا بنسبة ما بين 50%إلى 60%في غرفتين مكونتين مهدا مميعا،قبل ان يتم خلطها مع الفحم و الحجر الجيري ويتحقق ذلك من خلال مولد البلازما في صورة فرن اسطواني مملوء بالكوك.
    • ويتم في الخطوة الثانية الاختزال النهائي والصهر وهي وحدة الفرن الاسطواني وهو يشبه إلى حد كبير الاختزال في الفرن العالي و الفرق الاساسي هو وجود مولد البلازما الذي يعمل بتاين الغازات بالقرب من القصبات.
  • طريقة ارند(Irned):

وتعتبر الطريقة الثانية الحديثة لانتاج الحديد ثم الفولاذ في المفاعل نفسه بدون الحاجة إلى نقل الحديد المنتج إلى مفاعل واحد والوقود الاولي فيه هو الفحم وانتاج الفولاذ من خام الحديد تتم في عمليتين متتاليتين مختلفتين:حيث يجري العمل بحقن حبيبات خام الحديد الناعم عن قمة الفرن بالاضافة إلى نشارةالفحم،والحجرالجيري والاكسجين ويؤدي ذلك إلى الصهر الومضي مع اختزال جزئي لخام الحديد الذي يكون في صورة معلقة مع بقية الشحنة ثم يلي ذلك صهر واختزال كلي للخام في الجزء الاسفل من المفاعل. والاضافات الجديدة في هذه الطريقة لانتاج الفولاذ هي:

  1. استخدامفرن واحد بدلا من فرنين وانجاز العمل بدون الحاجة إلى نقلمنتجات المرحلةالاولى الى مفاعلات المرحةالتالية.
  2. استخدام الطاقة بطريقة مثالية حيث ان الحرارة الز ائدة المنطلقة من احتراق الفحم في القطاع العلوي من المفاعل يستفاد منها في توليد الطاقة الكهربائية التي تستخدم لانتاجالفولاذ في الجزء الاسفل.

 

عمليات معقدة في صهر الحديد




 

                              تصنيع منتجات الحديد                                

يستخدم أكثر من 90% من الحديد المنتج من الافران العالية في تصنيع الفولاذ و انتاجه و الكمية الباقية يتم صبها في شكل حديد تمساح (كتل) ثم ينقل إلى وحدات السبك لإنتاج كل من الحديد الزهر والحديد المطاوع.

  • طرق تصنيع الفولاذ

الفولاذ هو سبيكة من عنصري الحديد والكربون و لا تزيد نسبة الكربون فيها عن 2% ومن أهم طرق صناعة الفولاذ:

  • فرن القوس الكهربائي .
  • فرن المجمرة المكشوفة.

 

  • اولا:

بأسلوب فرن القوس الكهربائي

تمثل الأشكال التالية كيفية صنع الفولاذ في فرن الفولاذ في القوس الكهربائي، وهو أكثر أساليب الأفران الكهربائية استخدامًا لإنتاج الفولاذ . ويوجد بسقف فرن القوس الكهربائي ثقوب يتم فيها وضع ثلاثة قضبان من الكربون معروفة باسم الأقطاب توضع في الشحنة لتوصيل التيار الكهربائي إليها . المرحلة الاولى : الفرن، وسقفه محرك جانبً، أثناء شح نه بالخردة. ونادرًا ما يستخدم صناع الفولاذ حديد التمساح في الفرن الكهربائي، لكن يمكنهم استخدام حديد الاختزال المباشر إذا توفر بتكلفة مقبولة ورخيصة. المرحلة الثانية: يتقوس (يقفز) تيار كهربائي قوسي قوي بين الأقطاب والشحنة. وهذه الحركة تنتج كميات هائلة من الحرارة تصهر الشحنة وتحفزالتفاعلات الكيميائية التي تنتج الفولاذ. المرحلة الثالثة: يفصل العمال التيار الكهربائي عن الأقطاب عند الانتهاء من عملية التنقية، ثم يقومون بإمالة الفرن الذي يكون مثبتًا على قاعدة متحركة لصب الخبث. المرحلة الرابعة : بعد الانتهاء من صب الخبث يمال فرن القوس الكهربائي في الاتجاه المعاكس وينساب الفولاذ المنصهر من خلال فتحة في الفرن ويجمع في إناء.

  • ثانيا:

المجمرة المكشوفة

اكتسبت هذه الطريقة اسم المجمرة المكشوفة لأن مجمرة هذا الفرن مفتوحة ومُعرَّضة مباشرة للّهب الذي يصهر الشحنة ويُبطن الفرن بالطوب الحراري وتغطى المجمرة بسقف منخفض في صورة قبو. ويبلغ طول فرن المجمرة المكشوفة حوالي 27م بينما يبلغ عرضه تسعة أمتار.

 

 

                              استخدامات الحديد                                

من أبرز استخدامات الحديد ما يلي:

1. استخدامات الحديد الصلب ( الحديد الزهر ) : يستخدم في صناعة الأدوات التي لا تتعرض للصدمات مثل : أنابيب المياه وأنابيب الغاز.

 

2. استخدامات الحديد المطاوع ( الحديد ا للين ) :

ويستخدم في صنع المغناطيسيات الكهربائية المؤقتة المستخدمة في الأجهزة الكهربائية ، كما يستخدم في قضبان التسليح المستخدمة في البناء.

 

3. استخدامات الحديد الصلب ( الفولاذ ) :

يستخدم في صناعة السفن وقضبان سكك الحديد والجسور.



               

 
 
 
4. استخدمات سبائك الصلب :
  • صلب النيكل : ( المتكون من الحديد الصلب والنيكل ) يجعل السبيكة تقاوم تآكل الصدأ مما يزيد من صلابتها ومتانتها وتستخدم في صناعة السيارات. < /FONT>
  • صلب الكروم : ( المتكون من الحديد الصلب والكروم )، مما يجعل السبيكة أكثر صلابة وتستخدم في صناعة كرة من الحديد التي تسهل حركة محاور المحركات والتي يطلق عليها ( رمان بلي ) .

 

 

                              الأعباء البيئية للتصنيع الحديد               &n bsp;                

تلوث البيئة المحيطة بالمنطقة الصناعية نتيجة:

  • انبعاث غازات سامة من الافران إلى الجو الخارجي التي تؤدي إلى:
-اثار ضارة على صحة العاملين. -التأثير القاتل على المحاصيل الزراعية.
  • ارتفاع درجة حرارة الجو.
  • تلوث مياه المجاري نتيجة المياه المنصرفة من المصانع.
  • تصاعد الاتربة من قمة الفرن عند صب الحديد.

 

 

                     & nbsp;        الحد من التلوث                                

  • الاستفادة من الغازات الضارة المتصاعدة من قمم الافران بعملية استرجاع لها و اعادة شحنها مرة ثانية.
  • معالجة مياه وحدات التصنيع حيث يمكن اعادة استعمالها او صرفها.
  • تجميع الاتربة المتصاعدة.







                                              أرجوا ان يكون الموضوع قد نال على اعجابكم
             &nb sp;                                                                        وآسف على الاطالة



                                                         تقبلوا خالص تحياتي



***


تنقية الطحالب داخل المعمل - السلسلة الهندسية (12) || صناعة الحديد Iron Industry || - محرك ستيرلينغ\"الهواء الساخن\" Stirling Process
العلوم الهندسية|الأرشيف|الرئيسية


-----




****


--





palmoon tool bar
privacy policy