การถลุงเหล็ก

การถลุง ลุ เหล็ก รายวิช วิ า เคมี 5 ชั้น ชั้ มัธ มั ยมศึกษาปีที่ ปี ที่6 E-Book

จัดทำ โดย ปิยะพงษ์ กรีเกษม เลขที่ 6 ม.6/1 พงศ์พัฒน์ หมอกครบุรี เลขที่ 7 ม.6/1 พณิตา แชกระโทก เลขที่ 21 ม.6/1

คำ นำ E-book เล่มนี้เป็นส่วนหนึงของวิชาเคมี ว่า ด้วยเรื่องการถลุงเหล็ก ผู้จัดทำ หวังเป็นอย่างยิ่งว่า e-book เล่มนี้จะ เป็นประโยชน์แก่ผู้ที่ต้องการจะศึกษา และสามารถนำ ไป ประยุกต์ใช้ได้เป็นอย่างดี

สารบัญ เรื่อง หน้าที่ การถลุงเหล็ก แร่ในการถลุงเหล็ก ประเภทการถลุงเหล็ก 1 3 4

การถลุงเหล็ก การถลุงเหล็ก คือการแยกเหล็กออกจากสิ่งเจือปนตาม ธรรมชาติ ซึ่งแบ่งออกได้ 2 วิธีคือ 1. การถลุงในเตาพ่นลม (Blast Furnace) ซึ่งจะต้อง ทำ ให้อุณหภูมิสูงจนแร่เหล็กหลอมละลายเป็นน้ำ เหล็ก 2. การถลุงโดยวิธีลดออกไซด์โดยตรง (Direct Reduced Iron: DRI หรือ Sponge Iron) ซึ่งไม่ต้องทำ ให้อุณหภูมิของแร่เหล็กสูงจนถึงจุด หลอมละลาย โดยใช้ก๊าซธรรมชาติหรือถ่านหินเป็นตัวลด ออซิเจน ผลผลิตที่ได้จะเป็นของแข็ง เรียกว่า DRI หรือ เหล็กพรุน (Direct Reduced Iron หรือ Sponge Iron) ผลพลอยได้จากกระบวนการผลิตเป็นก๊าซร้อน (ลมร้อน) ซึ่งสามารถนำ ไปผลิตกระแสไฟฟ้าได้ การถลุงเหล็ก 1

เหล็กเป็นโลหะที่สำ คัญ และใช้มากกว่าโลหะชนิดอื่นๆ ทั่วโลกผลิตเหล็ก ประมาณร้อยละ ๙๖ ของโลหะทั้งหมดโดยเฉลี่ยในแต่ละปี การผลิตเหล็กเป็น อุตสาหกรรม เริ่มประมาณพุทธศตวรรษที่ ๙ แต่ยังมีอุปสรรคในการผลิต และไม่ สามารถผลิตเหล็กได้ครั้งละมากๆ ยุคเหล็ก (Iron Age) จึงเริ่มต้นอย่างจริงจังใน พุทธศตวรรษที่ ๒๐ ซึ่งมีการถลุงเหล็กจากแร่เหล็ก โดยใช้เตาถลุงแบบพ่นลม (blast furnace) เชื้อเพลิงที่ใช้ในตอนแรกคือ ถ่านไม้ต่อมาใช้ถ่านหิน (coal) ปัจจุบันนี้ใช้ถ่านโค้ก (coke) แทนถ่านหินเหล็กที่ผลิตได้ในช่วงพุทธศตวรรษที่ ๒๐ เป็นเหล็กคุณภาพไม่ดีนัก ส่วนใหญ่อยู่ในรูปของเหล็กถลุง (pig iron) แม้จะ เป็นเหล็กคุณภาพไม่ดี แต่ก็มีผู้นิยมนำ ไปใช้ประโยชน์ เพราะมีคุณสมบัติดีกว่า โลหะอื่นๆ ในพุทธศตวรรษที่ ๒๓ เซอร์ เฮนรี เบสเซเมอร์ (Sir Henry Bessemer, ค.ศ. ๑๘๑๓-๑๘๙๓ วิศวกรชาวอังกฤษ) พบวิธีทำ เหล็กถลุงให้มี คุณสมบัติดีขึ้นเรียกว่า เหล็กกล้า (steel) ซึ่งสามารถชุบเพิ่มความแข็งได้ และมี คุณสมบัติอื่นๆ ดีมาก การค้นพบของเซอร์ เฮนรี เบสเซเมอร์ ทำ ให้สามารถผลิต เหล็กกล้าได้อย่างรวดเร็ว ครั้งละมากๆ และประหยัด ถือได้ว่าเป็นการปฏิวัติ อุตสาหกรรมผลิตเหล็กแร่เ ร่ หล็กมีหลายชนิด แต่ละชนิดมีส่วนประกอบแตกต่าง ออกไป แร่เหล็กมีกระจัดกระจายเกือบทั่วโลก แต่แร่เหล็กที่มีคุณภาพดี มีจำ นวน เนื้อแร่สูงและมีปริมาณแร่มากพอที่จะใช้ผลิตเหล็กได้มีอยู่ไม่มากแห่งนัก ชนิด ของแร่เหล็กมีดังนี้คือ 2

๑. แร่ฮีมาไทต์ (hematite) เป็นแร่ที่เหมาะจะใช้ถลุงเหล็ก เหล็กของ แร่นี้อยู่ในรูปของออกไซด์ มีสูตรทางเคมีว่า Fe2O3 เป็นแร่เหล็กที่มี สีแดง มีเหล็กประมาณร้อยละ ๗๐ พบมากในประเทศสหรัฐอเมริกา สหภาพโซเวียต ออสเตรเลีย ๒. แร่แมกนีไทต์ (magnetite) เป็นแร่ที่เหมาะจะใช้ถลุงเหล็ก เช่น เดียวกับแร่ฮีมาไทต์ มีสูตรทางเคมีว่า Fe3O4 มีสีดำ และมีเหล็ก ประมาณร้อยละ ๗๒-๗๓ พบมากในประเทศสหรัฐอเมริกา สวีเดน และประเทศจีน ๓. แร่ซิเดอไรด์ (siderite) เป็นแร่สีน้ำ ตาลมีจำ นวนเนื้อแร่ต่ำ และ เหล็กอยู่ในรูปของคาร์บอเนต มีสูตรทางเคมีว่า FeCO3 มีเหล็ก ประมาณร้อยละ ๔๗-๔๙ ไม่ค่อยนิยมนำ ไปถลุง เพราะมีปริมาณ เหล็กต่ำ แร่ชนิดนี้พบมากในประเทศสหรัฐอเมริกา สหราช อาณาจักร และเยอรมัน ๔. แร่ไพไรต์ (pyrite) เหล็กในแร่อยู่ในรูปของซัลไฟด์มีสูตรว่า FeS2 มีสีน้ำ ตาล มีเหล็กประมาณร้อยละ ๖๐ เนื่องจากเหล็กอยู่ในรูปของซัลไฟด์ จึงไม่นิยมนำ ไปถลุง เพราะกำ มะถันที่อยู่ในแร่ทำ ให้เหล็กที่ถลุงได้มีกำ มะถันปน กลายเป็นเหล็กที่เปราะ ในประเทศไทยเท่าที่สำ รวจ พบแร่เหล็กอยู่หลายบริเวณ เช่น แหล่งแร่เหล็กเขาทับควาย จังหวัดลพบุรี อำ เภอ เชียงคาน จังหวัดเลย อำ เภอเมือง จังหวัดเลย เขาอึมครึม จังหวัดกาญจนบุรี เขาเหล็ก จังหวัดนครศรีธรรมราช แร่ที่ พบส่วนใหญ่เป็นแร่ฮีมาไทต์ และแมกนีไทต์ ปริมาณแร่บางแห่งพอที่จะทำ เป็นอุตสาหกรรมถลุงเหล็กหรือ อุตสาหกรรมผลิตเหล็กได้ แต่ยังขาดเงินลงทุน เพราะอุตสาหกรรมถลุงเหล็กเป็นอุตสาหกรรมที่ใช้เงินลงทุนสูง 3

ในอุตสาหกรรมผลิตเหล็ก การผลิตแบ่งออกได้ ๒ วิธีใหญ่ๆ ด้วยกันคือ ๑. การถลุงเหล็กจากแร่เหล็กโดยตรง การถลุงแบ่งออกเป็นวิธีย่อย ๒ วิธีคือ การถลุงเหล็กถลุง โดย ใช้เตาถลุงแบบพ่นลม และการถลุงเหล็ก ถลุงด้วยวิธีลดออกซิเจนโดยตรง (direct reduction) การ ผลิตด้วยวิธีหลังนี้เหมาะกับแหล่งที่มีก๊าซธรรมชาติอยู่เป็นจำ นวนมาก ๒. การผลิตเหล็กโดยนำ เศษเหล็กมาหลอมละลายใหม่ในเตาไฟฟ้า การผลิตเหล็กโดยวิธีนี้ไม่ต้องใช้ แร่เหล็ก การถลุงเหล็กด้วยเตาถลุงแบบพ่นลม จากแร่เหล็กเราจะถลุงให้เป็นเหล็กถลุงก่อนด้วยการใช้เตาถลุงแบบพ่นลม ซึ่งมีลักษณะเป็นปล่องสูง มีเส้นผ่านศูนย์กลาง ๖-๑๒ เมตร สูง ๔๐-๖๐ เมตร ตอนล่างป่องแล้วเล็กลงตรงใกล้ฐานตัวเตา ภายนอกจะทำ ด้วยเหล็กแผ่น ส่วนภายในจะบุด้วยอิฐทนไฟชนิดต่างๆ เรียงตามอุณหภูมิ ตอนบน ของเตาจะมีรถเลื่อนลำ เลียงสินแร่เหล็กและหินปูน พร้อมทั้งถ่านโค้กที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงลงบรรจุเตา จากเบื้องบน เบื้องล่างจะมีรูเป่าให้อากาศผ่านเข้าไปเพื่อเผาไหม้ถ่านหิน กาก และของสกปรกต่างๆ จะถูกแยกออกมาทางช่องด้านล่างของเตา ก่อนที่จะเทเอาเหล็กที่หลอมละลายออก เหล็กที่ได้ เรียก ว่าเหล็กถลุง ซึ่งจะยังใช้ทำ ประโยชน์อะไรไม่ได้ เนื่องจากเปราะ ทั้งนี้ เพราะมีสารบางชนิดที่เรียกว่า สารไม่บริสุทธิ์ เช่น ฟอสฟอรัส กำ มะถัน ซิลิคอน เจือปนอยู่มาก และปริมาณของคาร์บอนในเหล็ก ถลุงยังสูงถึงร้อยละ ๔ จึงต้องนำ ไปทำ เป็นเหล็กกล้า หรือเหล็กหล่อ หรือจะพูดได้อีกนัยหนึ่งว่า วัตถุดิบในการผลิตเหล็กกล้า เหล็กหล่อ หรือเหล็กผสมอื่นๆ ก็คือเหล็กถลุงนั่นเอง กำ ลังผลิตเหล็ก ถลุงของเตาถลุงแบบพ่นลมมีประมาณ ๕๐๐-๒,๐๐๐ ตันต่อว 4

การถลุงเหล็กด้วยวิธีลดออกซิเจนโดยตรง การถลุงแร่เหล็กด้วยวิธีลดออกซิเจนโดยตรงเกิดขึ้นก่อนการถลุงด้วยเตาถลุงแบบพ่นลม ปัจจุบันมีปริมาณเหล็กถลุงที่ผลิตโดยวิธีนี้ไม่เกินร้อยละ ๒ ของปริมาณเหล็กถลุงทั้งหมดในโลก เม็กซิโกเป็นประเทศที่ผลิตมากที่สุด มีโรงงานหลายโรงที่มีกำ ลังผลิตเหล็กถลุงวันละ ๔๕๐ ตัน เหล็กถลุงที่ผลิตได้จากวิธีนี้มีลักษณะเป็นเม็ดเล็กๆ เมื่อขยายดูจะเห็นเป็นรูพรุนโดยรอบ ลักษณะคล้ายรูที่เกิดขึ้นในฟองน้ำ จึงมักเรียกว่า เหล็กพรุน (sponge iron) การผลิตเหล็กพรุน แตกต่างจากการผลิตเหล็กถลุงโดยใช้เตาถลุงแบบพ่นลม คือ ต้องบดแร่เหล็กให้ละเอียดขนาด ๑๑.๕ มิลลิเมตร เชื้อเพลิงที่ใช้โดยทั่วไปคือ ก๊าซมีเทน ซึ่งแยกออกจากก๊าซธรรมชาติ หรือก๊าซ คาร์บอนมอนอกไซด์ กับก๊าซไฮโดรเจน ก๊าซเหล่านี้ทำ หน้าที่เป็นเชื้อเพลิงให้เกิดความร้อนสูง และทำ ให้เกิดปฏิกิริยาลดออกซิเจน 5

Thank you!