صناعة الحديد والصلب 

 

الحقيقة أن الحديد يعتبر أهم عنصر فلزي عرفه الإنسان لأنه الأكثر استخداماً في الصناعات التطبيقية وهو اليوم رمز المدينة الحديثة التي نلمسها ونشاهدها وندركها أو نسمع عنها وذلك على الرغم من المحاولات المستميتة لإحلال مواد بديلة عنه هذا بالإضافة إلى أنه عنصر حيوي ذو أهمية بالغة بالنسبة للكائنات الحية حيث يعتبر نقصه لديها ممرضاً وربما مميت.

 

الحديد والصلب : 

 

 الصلب هي السبائك التي تُصنع من الحديد، ولكنها تحتوي على نسبة من عنصر الكربون تتراوح بين 0.2 - 2.04%، إذ يُطلق على الكربون عنصر سبائكي، إلا أنه يمكن استعمال عناصر كيميائية (سبائكية) أخرى والمنجنيز والكروم والكادميوم والتنجستن

 

 ولكن الكربون أكثرها فاعلية من حيث التكلفة، ويلعب الدور الرئيسي في تصليب الحديد، وبالتالي يمنع من انزلاق الذرات أمام بعضها، فكلما كانت نسبة الكربون أعلى في الصلب كلما كان أكثر صلابةً

 

وفي نفس الوقت أكثر عرضةً كثافة، إذ تُعرف السبائك التي تحتوي على أعلى نسبة من الكربون باسم الزهر، وتتميز بدرجة انصهار أقل وقابلية عالية للصب، وفي حين نجد أن الحديد المطاوع الذي يحتوي إجمالًا على نسبة قليلة من العناصر، والذي تضاف إليه حبيبات مستطيلة وفي اتجاه واحد، الأمر الذي يعطية ميزة مقاومة للصدأ ويمكن لحمه بسهوله

 

 وقد شاع خلال القرن الماضي استخدام الحديد والصلب، لا سيما بعد أن أصبح تصنيعه أكثر فعالية وبتكلفة منخفضة نسيبًا إذا ما قورن بالماضي، فاليوم الحديد الصلب هو أكثر المواد الداخلة في العديد من القطاعات، فهو المكون الرئيس في إنشاء المباني وصناعة المعدات ووسائل النقل، ومعظم الأجهزة المنزلية 

 

صناعة الحديد الصلب وأهميته : 

 

• يقاس النمو الاقتصادي للدول بكمية استهلاكها للحديد والصلب، وهي إشارة ممتازة لكم المشاريع التنموية والإنشائية والصناعية

 

•  أما الدول التي تصنع الحديد والصلب فهي دول تتمتع بوجود صناعة استراتيجية هامة، تعود على مجتمعاتها بالنمو الصناعي والاقتصادي، في مؤشر تقدم الدول صناعيًا يُحسب في بعض الأحيان من كمية الحديد الصلب للفرد، وفي الدول الصناعية المتقدمة يصل نصيبه لـ 750 كغم في السنة بينما في الدول النامية لا يتجاوز الـ 10 كغم سنويًا

 

 وفيما يأتي أهمية هذه الصناعة نوردها في النقاط الآتية : 

• ترتبط صناعة الحديد والصلب ارتباطًا كبيرًا في صناعات أخرى، إذ ساعد تطور صناعة الحديد والصلب في صناعات التعدين والحراريات وسبائك الحديد.

 

• تطورت الكثير من الصناعات التي تعتمد في بنيتها الأساسية على الصلب؛ أهمها صناعة السفن والسيارات والقطارات والطائرات، وجميع الأجهزة المنزلية.

 

• أدى تطور صناعة الحديد والصلب لزيادة المشروعات المرتبطة بالخدمات العامة، مما زاد من رفاهية المجتمعات؛ كأنابيب مياه الصرف الصحي ناهيك عن قطاع استخراج النفط والغاز الطبيعي.

 

• أتاح تطور صناعة الحديد والصلب لنمو كم كبير من فرص العمالة في مجال هذه الصناعة و في المجالات المعتمدة عليها التي تدخل في صناعة كل شئ من حاجاتنا الأساسية والكمالية اليومية ولذلك يعتبر الحديد أكثر المعادن استخداماً في العالم 

 

•  إذ يُعد الاقتصاديون أن كل عملية استثمار في صناعة الحديد والصلب سيتبعها فرص مضاعفة في قطاعات أخرى.

 

أنواع الحديد الصلب واستخداماته: 

 

تتعدد الأنواع المختلفة للحديد الصلب، وذلك تبعًا لطريقة تصنيعه ونسبة المواد الداخلة في صناعته، وذلك لتحسين خواصه الميكانيكية المرونة واللدونة، وتحسين مقاومته للصدأ أو الحرارة العالية، وكذلك تحسين خواص القطع في آلات التشغيل بالورش الصناعية، وهي كالآتي : 

 

1-الصلب الكربوني:

وهو على ثلاثة أشكال، هي : 

 

• صلب منخفض الكربون : 

وفيه نسبة الكربون تصل إلى 0.25%، بالاضافة إلى بعض العناصر كالنحاس والفاناديوم والنيكل بهدف تحسين الخواص الميكانيكية، وأهم استخدامات هذا النوع من الحديد الصلب في صناعة الجسور والأعمدة الداعمة وأوعية الضغط.

 

• صلب متوسط الكربون : 

وفيه نسبة كربون تترواح بين 0.25% و0.6 %، إذ يختلف هذا النوع من الصلب بمعالجته وتبريده بشكل أسرع من سابقه، مما يحسن في خصائصه الميكانيكية، وإضافة عنصر الكروم الموليبدينوم إليه، ويستخدم في بعض الصناعات التي تحتاج لهذا النوع من الصلب، كصناعة التروس والأعمدة التي تستخدم في نقل الحركة، وكذلك في صناعة عجلات قطارات السكة الحديد.

 

• صلب عالي الكربون : 

وفيه نسبة كربون تتراوح بين 0.6 % و1.4 %، إذ تضاف له بعض العناصر كالكروم والتنجستن حتى يقاوم التآكل والبري، فيصبح أكثر صلابة وممطوليته ضعيفة، أما أهم استخداماته وتتركز في صناعة أدوات القطع والآلات التشغيل.

 

• الصلب الذي لا يصدأ : 

نسبة الكربون تتراوح فيه بين 0.1% و0.4 %، وما يميزه عن سابقاته أنه يحتوي على 11% كروم، و8% نيكل، وهو يقاوم الصدأ إلى حدّ كبير جدًا، إذ يدخل في الصناعات التي تحتاج إلى مقاومة عالية للصدأ.

 

2-صلب درجات الحرارة العالية: 

يحتفظ هذا النوع من الصلب على درجة متانة عالية ضمن درجات حرارة تصل إلى 600 درجة مئوية، إذ يُضاف له المولبيدنيوم كعنصر سبائكي أساسي، فهو الصلب الذي تصنع منه الغلايات التي تتطلب صناعتها ما فيه من مواصفات.

 

3-صلب العدة : 

يحتوي على نسبة عالية من الكربون في الصلب المستخدم في الإنشاءات، فهو يستخدم الأدوات التي تستخدم في الورش، والخراطة، إذ يُضاف إليه الكوبالت والفاناديوم.

 

مراحل صناعة الحديد في المصانع : 

هناك طرق مختلفة لصناعة الحديد ومنها : 

• صناعة الحديد بالفرن العالي 

• طريقة الصهر 

• طريقة أرند 

مراحل صناعة الحديد كالأتي : 

 

1-المدخلات :

• يوضع حديد الخردة داخل الأفران و ذلك من خلال ما يسمى ببوتقة الخردة، حيث يتم خلالها رفع الحديد عن طريق ونش كبير كهربائي.

•  نسب مختلفة من عنصر الكربون من 37% حتى 39%، و من الأفضل أن تكون نسبته 22%.

•  يعمل عنصرا السيلكون و المنجنيز على تعادل قيم الحديد.

 هناك بعض الأحجار الجيرية التي تعمل على التخلص من نسب الفسفور.

 

2-عملية الإنتاج :

• يتم صهر الحديد داخل فرن القوس الكهربائي، و بعد القيام بوضع الحديد داخل الفرن و القيام بغلقه، تأتي مرحلة صب الحديد بعد عملية الصهر و يرفع الحديد عن طريق أوناش كهربائية، و يتم صب الحديد من جديد و ذلك في جهاز الصب و تصبح أشكال الحديد دائرية ، و يتم تمرير الحديد على ماكينة الاستعدال و ذلك بعد خروج الحديد من ماكينة الصب، و تعمل ماكينة الإستعدال على تحويله إلى شكل متوازي مستطيلات.

• و بعدها يتم تمريره على المقص الأوتوماتيكي فيقطعه إلى أبعاد مختلفة ، و يتم تبريده من خلال إمرار بالمواسير، و بعدها يوضع الحديد في فرن التدين ، و هذا الفرن يعمل على تسخين الحديد على درجات عالية بمعدل ألف درجة سلسيوس لتسهل تشكيله ، ثم يمرر على أكثر من مرحلة لقطع الحديد المسخن ، و يحدث تقليل لقطره حتى يصل للقطر المطلوب، و بعدها يتم وضع الأسياخ على حصير حتى يتم تبريدها

 

3- المخرجات: 

هي تكون حديد التسليح ، و يكون له العديد من الأقطار مثل 22، 19، 16، 12 مليمتر، و أيضا قطع الحديد التي تكون زائدة وهذه تباع فقط لمصانع الدرفلة الآلية