6.3.2 โลหะร้อน หรือ เหล็กดิบ
เหล็กหลอมเหลวที่ได้จาก เตาบลาสต์ เราจะเรียกมันว่า โลหะร้อน (Hot metal) หรือ เหล็กดิบ (Pig iron) เมื่อได้เหล็กดิบแล้ว กระบวนการต่อไป จะแยกออกไปเป็นสองทาง ก็คือ ทางแรกนำเหล็กดิบไปผลิตเป็นเหล็กกล้า และอีกทางหนึ่งก็คือนำเหล็กดิบเอาไปผลิต เหล็กหล่อ
ในการผลิตเหล็กกล้า เหล็กหลอมที่มาจากเตาบลาสต์ก็จะมีเส้นทางลำเลียง และถูกเทลงไปใน กระบวยตัก (Ladles) แล้วเทลงไปในเตาผลิตเหล็กกล้า ดูที่รูป
รูปกระบวยตักกำลังเทเหล็กหลอมลงไปในที่เตาออกซิเจนพื้นฐาน
แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window
ในระหว่างการเดินทางจากเตาบลาสต์มาที่ ปากปล่องของเตาผลิตเหล็กกล้า สถานะของโลหะร้อนจะอยู่ในรูปของของเหลว และยังไม่แข็งตัว
การทำเหล็กหล่อ หลังจากที่ถ่ายออกมาจากรถลำเลียงแล้ว ก็จะถูกทำให้เหล็กเย็น และแข็งตัวกลายเป็นแท่ง เหล็กดิบถูกเปลี่ยนแปลงตามรูปร่างตามแบบหล่อทราย การทำเป็นแท่งก็คล้ายกับการอนุบาลเหล็กดิบก่อนที่จะเข้าสู่เตาหลอม ซึ่งแต่ละแท่งจะมีน้ำหนักไม่น้อยกว่า 20 กิโลกรัม
รูปร่างของเหล็กดิบ หรือเหล็กพิกถูกทำให้เย็น และแข็งตัวก่อนที่จะนำไปทำเหล็กหล่อ
เหล็กดิบถูกทำให้มีรูปร่างตามรูป เหล็กเหล่านี้ยังไม่สามารถนำไปใช้งานใด ๆได้ มันเป็นโลหะที่ไร้ค่า มันแข็งเปราะ และไม่แข็งแกร่ง แท่งเหล็กดิบจะมีความสำคัญมากในการนำไปผลิตเหล็กหล่อ
ในกระบวนการหล่อเหล็ก เหล็กดิบที่ถูกทำเป็นท่อนจะถูกนำเข้าไปหลอมในเตาเหนี่ยวนำ หรือเตาคิวโพล่าร์ ดูได้ในรูป
รูปตัวอย่างของเตาคิวโพลาที่ใช้ในการหลอม และทำความบริสุทธิ์แก่เหล็กดิบ เพื่อทำเป็นเหล็กหล่อ
หลังจากผ่านการหลอมโลหะเหล่านี้จะถูกใช้ทำผลิตภัณฑ์เหล็กหล่อ
รูปตัวอย่างเสื้อสูบเครื่องยนต์ (Engine block) รถแข่งของฟอร์ด ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเหล็กหล่อ
รูปปากกาจับชิ้นงานที่ทำมาจากเหล็กหล่อ
6.4 เตาผลิตเหล็กเกล้า
ในการผลิตเหล็กกล้ามีเตาหลอมอยู่หลายชนิด เตาหลอมเหล่านี้มีหน้าที่เปลี่ยนจากเหล็กหลอมเหลวให้กลายไปเป็นเหล็กกล้า เตาที่นิยมใช้ในปัจจุบันมีอยู่สองชนิดก็คือ เตาออกซิเจนพื้นฐาน (Basic Oxygen Furnace: BOF) และเตาอาร์คไฟฟ้า (Electric arc furnace)
รูปกระบวนการหลอมเหล็กในเตาเบสเซมเบอร์
นอกจากสองชนิดที่ว่าแล้ว ก็ยังมี เตาโอเพนฮาร์ท (Open hearth furnace) และเตาเบสเซมเบอร์ (Bessemer converter) ในปัจจุบันเตาโอเพนฮาร์ทยังคงมีใช้กันอยู่ แต่ก็มีการใช้กันอย่างจำกัดไม่มาก ส่วนเตาเบสเซมเบอร์ไม่ค่อยมีการใช้งาน เพราะเกือบจะล้าสมัยแล้ว
6.4.1 เตาออกซิเจนพื้นฐาน
เตาออกซิเจนพื้นฐาน (BOF) ค่อย ๆ ถูกนำมาแทนที่เตาโอเพนฮาร์ทที่ยังคงมีการใช้งานเหลืออยู่ในปัจจุบัน ข้อได้เปรียบของเตาออกซิเจนพื้นฐาน อยู่ที่ราคาต้นทุนการผลิตไม่แพง และยังกระบวนการผลิตเหล็กก็มีความรวดเร็ว
รูปกระบวยตักกำลังป้อนน้ำเหล็กเข้าไปยังเตาออกซิเจนพื้นฐาน
รูปกระบวยตักกำลังลำเลียงน้ำเหล็กดิบ
เตาออกซิเจนพื้นฐาน สามารถผลิต เหล็กกล้าได้ถึงชั่วโมงละประมาณ 300 ตัน ซึ่งเร็วถึง 5-10 เท่า ของการผลิตในเตาโอเพนฮาร์ท ในเตาออกซิเจนพื้นฐาน จะมีการฉีดออกซิเจนเข้าสู่เตาด้วย ความเร็วเหนือเสียง (Supersonic) ซึ่งทำให้เตามีความร้อนเพิ่มขึ้นมาก คุณภาพของเหล็กกล้าที่ผลิตออกมาจากเตาออกซิเจนนั้นเหมือนกันกับเหล็กกล้าที่ผลิตออกมาจากเตาโอเพนฮาร์ท
วิดีโอแสดงกระบวนการผลิตเหล็กด้วยเตาออกซิเจน (แสดงภาพรวมจากแร่ ถูกผลิตจนกลายเป็นเหล็กกล้า)
กระบวนการผลิตเหล็กกล้าจากเตาออกซิเจนพื้นฐาน
รูปการป้อนน้ำเหล็กดิบเข้าเตาออกซิเจนพื้นฐาน ทำการหลอม และปล่อยน้ำเหล็กกล้าออกจากเตา
การป้อนน้ำเหล็กดิบเข้าสู่เตาออกซิเจนพื้นฐานกระบวนการทำงานมีความรวดเร็ว และเป็นสิ่งที่น่าตื่นตาตื่นใจมาก กระบวนการจะมีดังนี้
1. เตาที่มีขนาดใหญ่ มีรูปร่างเหมือนลูกแพ มีช่องใส่ของเหลวรวมไปถึง เศษเหล็ก โดยตัวเตาทนทานต่อความร้อนสูง เตาสามารถหมุนได้รอบเพลา และที่ปลายด้านหนึ่งที่มีขนาดเล็ก สามารถเทน้ำเหล็กดิบ เข้าทางปากทางเตาได้
รูปการเทน้ำเหล็กดิบเข้าสู่เตาออกซิเจนพื้นฐาน
2. กระบวยตักจะถูกลำเลียงเหล็กดิบที่มาจากเตาบลาสต์ด้วย เครนเหนือศีรษะ (Overhead crane) เคลื่อนที่มาเตาแล้วเทเหล็กหลอม (ประมาณ 300 ตัน) สู่ปากทางเข้าของเตาออกซิเจนพื้นฐาน
รูปเครนเหนือศีรษะกำลังยกกระบวยตักป้อนเข้าสู่เตาออกซิเจนพื้นฐาน
รูปการป้อนน้ำเหล็กดิบเข้าสู่เตาออกซิเจนพื้นฐาน
3. ท่อปล่อยออกซิเจน (Lance) ยาวประมาณ 2 เมตร (6 ฟุต) ซึ่งตั้งอยู่เหนือผิวเหล็กดิบ ตัวท่อทำหน้าที่ปล่อยก๊าซออกซิเจนออกมาแบบกระแทกด้วยความเร็วเหนือเสียง เพื่อช่วยเพิ่มเปลวไฟ ก๊าซความดันสูงออกจะมาสัมผัสกับเปลวไฟภายในเตา เพิ่มอุณหภูมิภายในเตาให้สูงขึ้น ดูรูป
4. เมื่อใส่น้ำเหล็กดิบ และเศษเหล็กเข้าไปแล้ว ก็ใส่หินปูน และฟลูออสปาร์ (Fluorspar: ธาตุชนิดหนึ่งมีส่วนประกอบของฟลูออรีน) (ศึกษาเพิ่มเติม) จากนั้นก็ทำการจุดไฟเพื่อหลอมเหลว สิ่งเหล่านี้ที่ใส่ลงไป จะผสมกับคาร์บอน ทำการหลอมจนเกิดสารมลทินในรูปแบบของสแล็ก การหลอมมีอุณหภูมิอยู่ที่ 1,650 °C (3,000 °F)
รูปเหล็กดิบ และเศษเหล็กที่กำลังหลอมอยู่ในเตา
5. ขณะทำการหลอม ภายในเตาจะเกิดปฏิกิริยาเคมีอย่างรุนแรงตามมา การเกิดปฏิกิริยาเหล่านี้จะหลอมมวลต่าง ๆ เข้าด้วยกันอย่างต่อเนื่องใช้เวลาอย่างน้อย 20 นาที
6. เมื่อปฏิกิริยาเคมีสิ้นสุดลง ท่อส่งปล่อยออกซิเจนก็จะหยุดไปด้วย จากนั้นเหล็กกล้าที่กำลังอยู่ในสถานะหลอมเหลวก็ถูกเทลงไปที่ ถังหลอมขนาดยักษ์ (Large ladle) ส่วนสแล็กจะถูกเทลงไปที่ถังเก็บขี้สแล็ก
รูปถังหลอมขนาดยักษ์บรรจุเหล็กกล้าเมื่อหลอมเสร็จ
7. ขั้นตอนนี้จะมีการผสมธาตุต่าง ๆ ลงไปในน้ำเหล็กหลอม เพิ่มเติมหลังจากที่เหล็กหล้าถูกเทไปที่ถังหลอม
8. จากนั้นถังหลอม ก็จะเคลื่อนที่ไปเพื่อนำน้ำเหล็กหลอม ไปทำเป็นเหล็กแท่ง หรือเหล็กอินก็อท โดยการเทเหล็กกล้าที่กำลังหลอม ถูกเทลงไปในแม่พิมพ์ เพื่อพร้อมที่จะนำไปทำเป็นเหล็กรูปพรรณต่าง ๆ
รูปเหล็กอินก็อทก่อนที่จะนำไปแปรรูปเป็นเหล็กรูปพรรณ
รูปห้องควบคุมการหลอมเหล็กกล้าด้วยคอมพิวเตอร์
กระบวนการผลิตจะถูกควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์ เพราะจะทำให้เกิดการคำนวณได้อย่างถูกต้องแม่นยำในการผสมธาตุต่าง ๆ ลงไปในวัสดุที่กำลังหลอม นอกจากนี้มันยังสามารถคำนวณเวลาในการหลอมเหลวเหล็กกล้า เตาออกซิเจนพื้นฐานปกติแล้วจะติดตั้งเป็นคู่ โดยเตาหนึ่งเตรียมวัตถุดิบ และอีกเตาหนึ่งก็ทำการหลอม ทั้งนี้ก็เพื่อไม่ต้องคอยกันสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง
ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก
“อย่ามัวมานั่งวิตกว่าเขากำลังจับผิดเรา เพราะนั่น หมายถึง เรากำลังจับผิดเขาอยู่”
บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที
