บทเรียนที่4 เหล็กกล้า

	ขั้นตอนการผลิต        การผลิตเหล็กกล้า ในการผลิตเหล็กกล้าคือ การนำแร่เหล็กมาผลิตในเตาสูงการผลิตเหล็กดิบในเตาสูงซึ่ง เป็นเตาที่มี  ความสูง ประมาณ 40 เมตร กว้าง ประมาณ 15 เมตร สร้างจากแผ่นเหล็กกล้า โดยมีตัวเคลือบผนังเตา ทำด้วยอิฐทนความ  ร้อนมีท่อลมร้อนเข้า(Hot Blast Air)และท่อน้ำหล่อเย็น ที่ผนังอิฐเพื่อลดอุณหภูมิของเตาวัตถุดิบที่ใส่ลงไปในเตาถลุงมีดังนี้  สินแร่เหล็ก (Iron Ores) ประเภทออกไซด์ เช่น แมกเนไทต์ (Fe3O4) เฮมาไทต์ (Fe2O3) ซิเดอไรต์ (FeCO3) และลิมอไนต์ (Fe2O3-xH2O) โดยการนำไปย่อยบดอัดให้เป็นก้อนกลม (Pellets) และผงละเอียด (Sinters)  ถ่านโค้ก (Coke) เป็นเชื้อเพลิงที่ใช้ในการถลุงสินแร่เหล็ก และตัวทำปฏิกิริยากับสินแร่เหล็กในขณะที่มีการหลอมละลาย ทำให้เหล็กดิบที่ได้มีธาตุคาร์บอนเพิ่มขึ้น ซึ่งถ่านโค้กเป็นถ่านหิน(Coal) ประเภทหนึ่ง หินปูน (Limestone) หรือแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) ที่ผ่านการบดอัดเป็นก้อน ความร้อนจากถ่านโค้กทำให้หินปูน สลายตัว ทำหน้าที่เป็น ฟลักซ์ (Flux) คอยผสมกับสารเจือปน หรือสารมลทิน เช่น กำมะถัน และ ฟอสฟอรัสซึ่ง จะต้องมีการ กำจัดออกมา โดยการระบายออกมาในรูปของขี้ตะกรัน (Slag) และสิ่งสกปรกต่าง ๆ ซึ่งในระหว่างที่มีการเกิดปฏิกิริยาภาย ในเตา หินปูนยังทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาลดออกซิเจนภายในเตา วิธีการถลุงสินแร่เหล็ก       สินแร่เหล็ก หินปูน และถ่านโค้ก บรรจุเข้าด้านบนของเตาเรียงแยกกันเป็นชั้นๆ โดยใช้รถลาก (Skip Car) เป็นตัวช่วย ดึงเข้าสู่ด้านบน ภายในเตามีความร้อนที่ได้มาจากการเผาไหม้ของถ่านโค้ก โดยมีลมร้อนเป่ามาจากด้านล่างของเตา หินปูน จะรวมตัวกับสารมลทินต่าง ๆ ที่ลอยอยู่ด้านบนของน้ำเหล็ก เกิดขี้ตะกรัน (Slag) ซึ่ง จะได้ส่วนที่เหลือเป็นน้ำเหล็กที่ออกมา จากรูเจาะด้านล่างของเตา และเทลงในแบบหล่อที่เตรียมไว้ เพื่อทำเป็นเหล็กกล้า หรือเหล็กหล่อ ต่อไปผลผลิตที่ได้จากการ ถลุงสินแร่เหล็กเหล็กดิบ ที่ผลิตได้จะมีธาตุอื่น ๆ ปนอยู่ในเนื้อเหล็กโดยประมาณ ดังนี้ คาร์บอน = 3 – 5% ซิลิคอน = 1 - 4% ฟอสฟอรัส = 0.1 - 2% กำมะถัน = 0.05 – 0.2% และ แมงกานีส = 0.2 – 2.5%  เหล็กดิบที่สำคัญมีอยู่ 2 ประเภท คือ เหล็กดิบสีขาว (White Pig Iron) เหล็กดิบประเภทนี้มีธาตุแมงกานีส (Mn) เป็นส่วนผสมที่ทำให้คาร์บอนรวมตัวกับเนื้อ เหล็กในรูปของเหล็กคาร์ไบด์ (Fe3C) หรือซีเมนไตต์ (Cementite) ลักษณะของเนื้อเหล็กละเอียดมีสีขาว  เหล็กดิบสีเทา (Gray Pig Iron) เหล็กดิบประเภทนี้มีธาตุซิลิกอน (Si) เป็น ส่วนผสมที่ทำให้มีการแยกตัวของธาตุคาร์บอน ในเหล็กดิบออกมาอยู่ ในรูปของกราไฟต์ (Graphite) ลักษณะของเนื้อเหล็ก เป็นเม็ดเกรนเล็ก ๆ มีสีเทา                                       รูป ส่วนประกอบของเตาสูง           ประโยชน์ของของลมร้อนช่วยทำให้ถ่านหินเผาไหม้ได้หมดและช่วยให้เกิดคาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับ แร่เหล็กเกิดเป็นเหล็กคาร์บอนไดออกไซด์การใช้ลมร้อนแทนลมเย็นจะช่วยลดปริมาณถ่านหินที่ใช้ได้มากกว่า70เปอร์เซ็นต์ ลมร้อนนี้ได้จากเตาเผาหรือเครื่องอุ่นอากาศ ซึ่งประกอบด้วยถังสูงทรงกระบอกมีอุณหภูม ิประมาณ 1,000 องศาฟาเรนไฮต์ ลมร้อนนี้จะถูกเป่าเข้าไปสู่เตาทางช่องลมซึ่งอยู่รอบ ๆ เตาเหนือช่องเทน้ำเหล็กเล็กน้อย ปูนขาวที่ผสมลงไปจะทำหน้าที่เป็น ฟลักซ ์เพื่อทำปฏิกิริยาทางเคมีกับวัสดุที่ไม่บริสุทธิ์ในสินแร่กลายเป็นขี้ตะกรันลอย ตัวบนน้ำเหล็กที่หลอมละลาย ขี้ตะกรันจะ ถูกกำจัดออกเป็นระยะๆ ส่วนน้ำเหล็กจะเทออกมาทุกๆ 5 ถึง 6 ชั่วโมงต่อครั้ง เหล็กแต่ละตันจะมีขี้ตะกรันและลมร้อน 6 ตัน ขี้ตะกรันที่ได้ใช้ผสมคอนกรีตได้ และใช้ทำฉนวนประเภทใยหินแก๊สที่ได้จากการเผาไหม้ ต้องนำมาทำความสะอาด ก่อนนำ ไปเผาลมร้อนใช้เป็นต้นกำเนิดกำลังหรือใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเตาอื่น ๆ ส่วนผสมของ โลหะแท่งเราสามารถควบคุมได้โดย การควบคุมสภาพของวัตถุดิบและส่วนผสมในอัตราส่วนต่าง ๆ ของแร่เหล็ก