ساز و کار

مراحل تولید آهن به زبان ساده
امروزه تولید صنعتی آهن یا فولاد از دو مرحله اصلی تشکیل شده است؛ در مرحله اول، سنگ آهن با کک در کوره کاهش یافته و فلز مذاب از ناخالصی ‌هایی مانند وزن پروفیل سپری مواد معدنی سیلیکات جدا می‌ شود و در همین مرحله آلیاژی تولید می گردد که حاوی مقادیر نسبتاً زیادی کربن است. سپس در مرحله دوم، مقدار کربن موجود در آهن تولید شده با اکسیداسیون کاهش یافته تا فولاد یا چدن تولید شود. در چنین مرحله ‌ای اجازه ‌ی افزودن فلزات دیگر برای تشکیل فولادهای آلیاژی وجود دارد و محصولات فولادی به دست آمده اغلب بعد از شکل‌ گیری تحت عملیات حرارتی و یا گرمایشی قرار می ‌گیرند. گرم کردن آن‌ ها جدول استاندارد ورق های فلزی چیست در دمای 700-800 درجه سانتی‌ گراد برای چندین ساعت و سپس خنک شدن تدریجی باعث می ‌شود که فولاد نرم و قابل استفاده باشد.
کک که از آن نام برده شد در واقع یک ماده جامد متخلخل است که کربن را برای واکنش فراهم می ‌آورد و همچنین سوخت اصلی مورد استفاده در کوره به حساب می آید. با حرارت دادن ذغال تا 1200 K در غیاب هوا به مدت بیست ساعت کک ساخته می ‌شود و همچنین گاز زغال سنگ (عمدتاً مونوکسید کربن و هیدروژن) و یک قیر سیاه که می‌ توان از آن ترکیبات مفیدی مانند بنزن بدست آورد، نیز تولید می ‌شود. از گاز ذغال سنگ به عنوان سوخت در محل مورد استفاده قرار می گیرد.
بررسی ساختمان کوره بلند و چگونگی تولید آهن در آنکوره ‌های بلند، سازه ‌های اصلی مهندسی در صنعت هستند که بخشی از آن ‌ها استوانه ‌ای و فولادی به ارتفاع 30 متر هستند که با آجرهای مخصوص قابل تحمل در دمای بسیار بالا ساخته شده است. عریض‌ ترین نقطه کوره به طور معمول 9 متر قطر دارد، اگرچه می‌ تواند بزرگ ‌تر نیز باشد. کوره‌ ها بیش از 15 سال در فشارهای بیش از 5 اتمسفر و دمای داخلی بیش از 2000 K به طور مداوم کار می ‌کنند و توان تولید 10 هزار تن آهن مذاب را در روز دارند. در این پروسه، اکسیژن برای سوزاندن سوخت اخبار لحظه ای آهن مورد نیاز است (برای ایجاد درجه حرارت بالا) و همچنین در واکنش‌ های کوره نقش دارد. به منظور کمک به حفظ دمای کوره، هوا از طریق لوله‌ ای عبور می ‌کند و سپس از طریق نازل‌ ها به کوره وارد می ‌شود. بسیاری از کوره‌ ها اکنون از اکسیژن استفاده می ‌کنند و هوای غنی شده‌ ی میزان گازهای عبوری از کوره را کاهش می ‌دهند و همچنین از کامل شدن فرایند اطمینان حاصل می ‌کنند. در کوره‌ های بلند از سنگ آهن درجه یک یا از گلوله ‌های سنگ آهن همراه با کک و سنگ آهک استفاده می‌ شود. در یک کوره بلند، جرم هر یک از اجزا و زمان افزودن آن به کوره توسط رایانه کنترل می ‌شوند و به طور خودکار به شرایط حاکم در آن زمان در کوره پاسخ می ‌دهد و اجزا به مقدار کم هر 10-15 دقیقه در بالای کوره به آن اضافه می‌ شوند. فشار حدود 1.7 اتمسفر می ‌تواند در کوره ایجاد شود و باعث احتراق بهتر کک و سایر سوخت ‌ها و تولید بیشتر اخبار آهن آهن شود. هوای گرم غنی شده با اکسیژن در نزدیکی قسمت انتهایی آن دمیده می‌شود که بهتر است بدانید بسیاری از واکنش‌ ها در حالی رخ می‌ دهد که گازها به سمت بالا حرکت می ‌کنند.
به بعضی از کوره ‌ها روغن یا گاز طبیعی با هوای گرم شده تزریق می‌ شود و تا 40٪ کک جایگزین می‌گردد. این امر هم وابستگی به زغال سنگ و هم نیاز به فرآوری محصولات جانبی از کوره‌ های کک سازی را کاهش می ‌دهد که فروش آن ممکن است دشوار باشد. متناوباً، ذغال پودر شده ممکن است مستقیماً به صورت مایع به داخل کوره تزریق شود و دیگر نیازی به اجاق‌ های کک سازی نیست و از طرفی برخی از تولیدکنندگان در حال آزمایش استفاده از ضایعات چوب یا پلاستیک وزن مخصوص آلومینیوم به عنوان سوخت هستند. دما در کوره متفاوت است بنابراین واکنش‌ های مختلف در سطوح مختلف کوره اتفاق می افتد. نزدیک بالای کوره در حدود 750 K (زیر نقطه ذوب آهن)، ترکیبات آهن (III) توسط مونوکسیدکربن و هیدروژن به آهن (II) (به عنوان مثال Fe2O3 به FeO) تبدیل می گردد.