مقدمه

امروزه يكي از اساسي ترين پايه هاي اقتصادي و اجتماعي كشورهاي جهان را صنايع آهن و فولاد تشكيل مي دهد و اين به سبب نياز مبرمي است كه انسان جهت پيشبرد، مفاصد خود در زندگي دارد. با نگاه اجمالي به كارايي اين عنصر حياتي، مي توان به نقش سازنده آن پي برد. زيرا علاوه بركاركرد آن درامر ساختمان سازي، پل سازي و غيره يكي از كالاهاي اساسي در صنايع اتومبيل سازي، كشتي سازي و لكوموتيو سازي است و به صورت آلياژ هاي مختلف، اساس تكنولوژي ماشين آلات را تشكيل مي دهد. كه آهن و فولاد به روش هاي مختلفي تهيه و توليد مي شدند ما  دراين تحقيق روش تهيه بوسيله كوره بلند را از ابتدا مورد بررسي قرار مي دهيم.

آهن عنصر شيميايي است كه در جدول تناوبي با نشان Fe و عدد اتمي 26 وجود دارد. آهن فلزي است كه در گروه 8 و دوره 4 جدول تناوبي قرار دارد.

تاريخچه آهن (Fe)

اولين نشانه هاي استفاده از آهن به زمان سومريان و مصريان برمي گردد كه تقريباً 4000 سال قبل از ميلاد با آهن كشف شده از شهاب سنگها اقلام كوچكي مثل سر نيزه وزيور آلات مي ساختند. از 2000 تا 3000 سال قبل از ميلاد، تعداد فزاينده اي از اشياء ساخته شده با آهن مذاب (فقدان نيكل، اين محصولات را از آهن شهاب سنگي متمايز مي كند) دربين النهرين، آسياي صغير و مصر به چشم مي خورد؛ اما ظاهراً تنها در تشريفات از آهن استفاده مي شد و آهن فلزي گرانبها حتي با ارزش تر از طلا به حساب مي آمد.

براساس تعداد از منابع آهن، به عنوان يك محصول جانبي از تصفيه مس توليد مي‌شود مثل آهن اسفنجي – و به وسيله متالوژي آن زمان قابل توليد مجدد نبوده است. از 1600 تا 1200 قبل از ميلاد درخاورميانه بطور روز افزون ا زاين فلز استفاده مي شد، اما جايگزين كاربرد برنز درآن زمان نشد.  تيرآهني متعلق به عنصر آهن سوند در گاتلند سوئد يافت شده است. از قرن 10 تا 12 در خاورميانه يك جابجايي سريع درتبديل ابزار و سلاحهاي برنزي به آهني صورت گرفت. عامل مهم دراين جابجائي آغاز ناگهاني تكنولوژي هاي پيشرفته كار با آهن نبود، بلكه عامل اصلي، مختل شدن تامين قلع بود. اين دوره جابجايي كه در زمانهاي مختلف و درنقاط مختلفي از جهان رخ داد، دوره اي از تمدن به نام عصرآهن را به وجود آورد. همزمان با جايگزيني آهن به جاي برنز، فرآيند كربوريزاسيون كشف شدكه به وسيله آن به آهن موجود درآن زمان كربن اضافه مي كردند. آهن را بصورت اسفنجي كه مخلوطي از آهن و سرباره به همراه مقدار ي كربن يا كاربيد است، بازيافت كردند. سپس سرباره آنرا با چكش كاري جدا نموده و محتوي كربن را اكسيده  مي كردند تا بدين طريق آهن نرم توليد كنند.

مردم خاورميانه دريافتند كه با حرارت دادن طولاني مدت آهن نرم درلايه اي از ذغال و آب دادن آن در آب يا روغن مي توان محصولي بسيار محكم تر بدست آورد. محصول حاصله كه داراي سطح فولادي است، از برنزي كه قبلاً كاربرد داشت محكمتر و مقاوم تر بود. در چين نيز اولين بار آهن شهاب سنگي استفاده شد و اولين شواهد باستان شناسي براي اقلام ساخته شده با آهن نرم درشمال شرقي نزديك xinjiang مربوط به قرن 8 قبل از ميلاد به دست آمده است. اين وسايل از آهن نرم و با همان روش خاورميانه و اروپا ساخته شده بودند و گمان مي رفت كه براي مردم غير چيني هم ارسال مي كردند.

درسالهاي آخر پادشاهي سلسله ژو (حدود 550 قبل از ميلاد) به سبب پيشرفت زياد تكنولوژي كوره، قابليت توليد آهن جديدي بوجود آمد. ساخت كوره هاي بلندي كه توانايي حرارتهاي بالاي k 1300 را داشت، موجب توليد آهن خام يا چدن توسط چيني ها شد. اگر سنگ معدن آهن را با كربن k1470-1420  حرارت دهيم، مايع مذابي بدست مي آيد كه آلياژي با 96.5% آهن و 53.5% كربن است. اين محصول محكم را مي توان به شكلهاي ريز و ظريفي درآورد. اما براي استفاده، بسيار شكننده مي باشند، مگر آنكه بيشتر كربن آنرا از بين ببرند.

از زمان سلسله ژو به بعد اكثر توليدات آهن درچين به شكل چدن است. با اين همه آهن بعنوان يك محصول عادي كه براي صدها سال مورد استفاده كشاورزان قرارگرفته است، باقي ماند و تا زمان سلسله شين (حدود 221 قبل از ميلاد) عظمت چين را واقعاً تحت تأثير قرار ندارد.

توسعه چدن در اروپا عقب افتاد، چون كوره هاي ذوب در اروپا فقط توانايي K1000 را داشت، دربخش زيادي از قرون وسطي دراروپاي غربي آهن اسفنجي به آهن نرم بدست مي آورند. تعدادي از قالب گيريهاي آهن دراروپا بين سالهاي 1150 و 1350 بعد از ميلاد در دو منطقه درسوئد به نامهاي Lappyttan و Vinarhyttan انجام شد.

دانشمندان مي پندارند شايد اين روش بعد از اين دو مكان تا مغولستان آن سوي روسيه ادامه يافته باشد، اما دليلي محكمي براي اثبات اين قضيه وجود ندارد. تا اواخر قرن نوزدهم درهر رويدادي يك بازار براي كالاهاي چدني بوجود آمد، مانند درخواست براي گلوله هاي توپ چدني .

درآغاز براي ذوب آهن از زغال چوب هم بعنوان منبع حرارتي و هم عامل كاهنده استفاده مي شد. درقرن 18 در انگلستان تامين كنندگان چوب كم شدند و از زغال سنگ كه يك سوخت فسيلي است، بعنوان منبع جانشين استفاده شد. اين نوآوري بوسيله abraham darby انرژي لازم براي انقلاب صنعتي را تامين نمود.

پيدايش :

آهن يكي از رايج ترين عناصر زمين است كه تقريباً 5% پوسته زمين را تشكيل ميدهد. آهن از سنگ معند هماتيت كه عمدتاً fe₂o₃ مي باشد. استخراج مي گردد. اين فلز را بوسيله روش كاهش يا كربن كه عنصري واكنش پذيرتر است جدا مي كنند. اين عمل دركوره بلند دردماي تقريباً 2000 درجه سانتي گراد انجام مي پذيرد.

درسال 2000، تقريباً 1100 ميليون تن سنگ معدن آهن رشد ارزش تجاري تقريباً 25 ميليارد دلار آمريكا استخراج شد. درحاليكه استخراج سنگ معدن آهن در48 كشور صورت مي گيرد، چين،برزيل، استراليا، روسيه و هند با توليد 70% سنگ آهن جهان پنج كشور بزرگ توليد كنندگان آن به حساب مي آيند. براي توليد تقريباً 573 ميليون تن آن خام 1100 ميليون تن سنگ آهن مورد نياز است.