الحديد لا يتواجد في الطبيعة بصورة نقية، انما يتواجد في صورة أكاسيد تكون غير نقية بها بعض الشوائب مثل ( أكسيد المغنسيوم- أكسيد الكالسيوم- الالومنيا- السيلكا) و نسب من عناصر أخرى ضارة و لكن منخفضة مثل الزرنيخ و الكبريت و الفسفور، و يستخدم الحديد بكثرة في الحياة لذلك يعتبر من أهم المعادن.
الحديد المطاوع : تكون نسبة الحديد في الحديد المطاوع حوالي( 99.9%) أما العناصر الأخرى تكون نسبتها (0.01%)، و يتصف هذا النوع أنه مرن أكثر من الأنواع الأخرى، و يتم استخراجه من حديد التماسيح.
هناك نوعان من الحديد الصلب و هما:
الصلب المطاوع : و هو عبارة عن حديد يوجد به عنصر الكربون مع عديد من العناصر الأخرى التي تعمل على تغير خواص الحديد حتى يصبح فولاذي.
الصلب الكربوني : و هو عبارة عن صلب يتواجد به الكربون بنسبة 3.0 إلى 7.0 %، و من مميزاته أنه لا يحتوى على الشوائب.
مراحل صناعة الحديد في المصانع
– المدخلات :
– يوضع حديد الخردة داخل الأفران و ذلك من خلال ما يسمي 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.
– 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 الاستعدال على تحوليه إلى شكل متوازي مستطيلات.
و بعدها يتم تمريره على المقص الأوتوماتيكي فيقطعه إلى أبعاد مختلفة ، و يتم تبريده من خلال إمراره 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.
– 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 .
صناعة الحديد بالفرن العالي : يتم تعريض الحديد الخام إلى تيار هواء ساخن، و ذلك من خلال أنابيب النفخ الموجودة تحت الفرن، و يحدث فيه تفاعل الأكسجين مع الفحم الحجري، و من هذه العملية ينتج غاز أول أكسيد الكربون ، و يمرر غاز أول أكسيد الكربون من خلال شقوق تتواجد في الفحم الحجري، مما يسبب اختزال أكسيد الحديد، فيتحول إلى ثاني أكسيد الكربون، و هناك نواتج تسيل من خلال شقوق الفحم و هي:( أكسيد الحديد- الغازات- حديد المصهور).
طريقة الصهر : هذه الطريقة تنتج الفولاذ بطرق مباشرة، و عن طريق خطوة واحدة، و يكون شكل الحديد في هذه العملية سائل، و هناك مرحلتين لتلك العملية و هما ( داخل فرن للصهر- الاختزال باستخدام بلازما) و تتم عملية الصهر من خلال مرحلتين. المرحلة الأولى يتم وضع الحديد في فرن على شكل أسطواني يكن مملوء بالفحم، و يتم اختزال خام الحديد بطريقة جزئية، و بعدها يخلط الخام مع الحجر الجيري و الفحم، و في المرحلة الثانية يختزل الخام ثم يصهر الخام المختزل.
طريقة أرند : هذه الطريقة من الطرق الحديثة لإنتاج الحديد، من مميزات هذه الطريقة أنها تتم في فرن واحد، و يتم توليد الطاقة الكهربائية من خلال الحرارة التي تنتج من احتراق الفحم، فتقلل من التلوث البيئي، و يتم إنتاج الحديد من خلال عمليتين حيث يتم في العملية الأولى حقن ( نشارة الفحم- الأكسجين- الحجر الجيري- نشارة الفحم- حبيبات الخام) في الفرن مما يسبب صهر و اختزال لخام حديد، و بعدها يتم انتقال الحديد الخام إلى الفرن في جزئه السفلي .