تحقیق مقاله فلزات آهنی و غیرآهنی

مقدمه

گستره وسیعی از آلیاژهای فلزات آهنی و غیرآهنی در ساختمان ها کاربرد دارند، ولی آهن، فولاد، آلومینیوم، مس، سرب و روی غالب تر هستند، رویکرد نوین در عرصه ساخت و ساز به سمت تولید آلیاژهای بادوام تر و استفاده از روکش هایی برای ایجاد محافظت و گوناگونی ظاهری در انواع محصولات است. به طور کلی برای تولید فلزات از مواد خام انرژی زیادی لازم است؛ به هر حال مصرف انرژی فراوان در برابر عمر طولانی و قابلیت بازیافت محصولات فلزی زیاد نمی نماید تقریبا 50% تولید کنونی فولاد در دنیا از آهن قراضه می باشد.

فلزات آهنی

بشر از دیرباز با آهن و فولاد و چدن که امروزه به عنوان پرمصرف ترین فلزات جهن می باشند، آشنا بوده است. استفاده از آلیاژهای آهن در بنا حتی در میزان بسیار اندک و محدود در ابنیه اعصار گذشته کتر به چشم می خورد. اما تنها از اوائل قرن هیجدهم با پیشرت می خورد. اما تنها از اوائل قرن هیجدهم با پیشرفت صنعت، استفاده از این فلز رو به فزودنی گذاشته است. از این طریق ایده های نو و پدیده های بدیع وارد صنعت ساختمانی گردید. در ابتدا از آهن برای کارهای جزئی همچون تزئینات و یا کلاف بندی بناهای سنگی استفاده می شد. در همین زمان آهن در بعضی از پوشش های کم وزن مثل سقف تئاتر فرانسه که در بوردو ساخته شد به کار رفت، اما به علت عدم توسعه صنایع تصفیه آهن استفاده از این فلز محدود است. در اواسط قرن هیجدهم در انگلستان قدم های شایان توجهی در بهبود و پیشرفت صنعت یا]ن برداشته شد. دراواخر این قرن نتیاجی این پیشرفت ها دراختیار عموم قرار گرفت و این صنعت با توجه به توسعه روزافزودن صنایع اسلحه سازی بهبود حاصل کرد و اولین ابنیه با اعضای باربر فلزی همچنین پل های فولادی بنا شدند و فصل نوینی در تاریخ ساختمان سازی آغاز شد و دروازه های استفاده از آهن در ساختمان گشوده شد.

قدیمی ترین مورد مصرف آهن در تولید اسلحه و وسایل دیگر در عصر آهن در اروپا در قرن سیزدهم میلادی بوده است؛ پیشرفت های با ارزش در استفاده ازآهن در ساختمان گشوده شد.

قدیمی ترین مورد  مصرف آهن د رتولید اسلحه و وسایل دیگر در عصر آهن در اروپا در قرن سیزدهم میلادی بوده است؛ پیشرفت های با ارزش در استفاده از آهن در ساختمان، استفاده از یک زنجیر از جنس آهن نرم تحت کشش در گنبد کلیسای سنت پاول (PALE) برای جلوگیری از ریزش دیواره ها به بیرون و استفاده از چدن توس طپاکستون در قسمت های پیش ساخته ساختمان کریستال پالاس (قصره بلورین) در سال 1851 م. می باشند فولاد ماده نسبتا جدیدی است و در مقادیر صنعتی تنها درآمد. اولین ساختمان بلند 10 طبقه با اسکلت فلزی در سال 1858 م. در شیکاگو توسط ویلیام لوبادن جنی ساخته شد. (تصویر شماره 1)

متالورژی آهن و فولاد

روند متالورژی برای تولید محصول فلزی با شکل و خاصیت مورد نظر به کار برده می شود. تولید چدن اولین قدم در تبدیل سنگ آهن که مخلوطی از اکسیدهای آهنی و نمک های معدنی و مخلوطی از 5 سیلیس، آلومین، سنگ آهک و سایر اجزای است، می باشد.

با ارزش ترین سنگ معدنی برای تولید چدن، سنگ آهن مغناطیسی یا مگنتیت Fe304 هماتیت ،لیمونیت ،  و سنگ آهن اسپانیک  می باشند که باید از ناخالصی های مضر مانند سولفورها و فسفورها عاری باشند. بیشترین مقدار آهن در انها باید مگنتیت و هماتیت تا 70% می باشد. اهن موجود در سنگ آهن لیمونیت و اسپانیک معمولا کمتر از 50 یا 60% است.

سوخت در روند کوره بلند ذوب آهن کّک می باشد که محصول تصفیه و خشک کردن زغال در درجه حرارت بین 900 تا 1100 درجه می باشد. از کک فقط برای تولید حرارت استفاده نمی شود، بلکه به منظور احیای سنگ آهن نیز به کار می رود.

درجه حرارت ذوب سنگ معدنی به کمک بارگیری مواد گدازآوری مانند سنگ آهک، کوارتز، ماسه سنگ و کوارتزیت کاهش می یابد.

در این کوره استوانه ای شکل که از جنس فولاد و به کمک آجرنسوز آستر شده است و کوره بلند نامیده می شود، چدن به صورت مذاب به دست می آید. مواد اولیه بر اساس مقادیر از پیش مشخص شده از بالای کوره بارگیری و بر اساس نیروی  جاذبه به سمت پایین کوره هدایت می شوند و رفته رفته داغ تر می شوند تا به حالت مذاب در می آیند. مواد مذاب حاصل شامل آهن خام و سرباره می باشند که به سمت بوته کوره که قسمت تحتانی استوانه است جاری می شوند. و به علت وزن مخصوص متفاوت آهن و سرباره این دو از یکدیگر جدا م یشوند و آهن توسط شیر تخلیه تحتانی وسرباره توسط شیر تخلیه فوقانی از انتهای کوره بلند تخلیه می شوند.(تصویر شماره 2)

هوای داغ نیز از طریق مجراهایی که در بالای محل بوته قرار گرفته اند  به داخل کوره دمیده می شوند. کک ه کمک اکسیژن موجود در هوا می سوزد دی اکسید کربن حاصل به بالای کوره صعود می کند و با گذر ا زکنار زغال های کک فوقانی مبدل به مونواکسید کربن می شود.

مونواکسید کربن، آهن را از سنگ معدنی بر اساس فلمول زیر جدا می کند.