تاریخچه آهن: آهن چطور کشف شد؟

از یک ستون ساختمانی ساخته شده از فولاد گرفته تا تغذیه گیاهان و کمک به حفظ اکسیژن در خون، آهن همیشه در حال کمک به حفظ حیات روی زمین بوده‌ است. اما این ماده حیاتی با همه سفت‌ و سختی‌اش راهی پر فراز و نشیب طی کرده است که امروزه هنوز که هنوز است یکی از اصلی‌ترین پایه‌های شکل‌گیری هر تمدن و کشور مدرنی به‌شمار می‌رود و قیمت آهن، تعیین‌کننده هزینه بسیاری از ساخت‌وسازهاست.

سوال بسیار مهمی است که این عنصر بسیار پرکاربرد کجا و چطور برای اولین بار وارد زندگی ما انسان‌ها شد؟ پاسخ این سوال را حتی بهترین دیرینه‌شناسان و پژوهشگران تاریخ هم نمی‌توانند به درستی بدهند. در این مطلب تلاش می‌شود تا از اولین جرقه‌های کشف آهن تا تبدیل شدن آن به عنوان پایه‌ی تمدن‌های بزرگ مثل چین و ایران پرداخته شود.

کشف آهن در مصر

با شکل‌گیری روند‌های تولید صنعتی‌تر در تاریخچه آهن، سکونت‌گاه‌های انسانی پیشرفت کردند و بر تعداد شهرهای بزرگی که مردمش یکجا نشین بودند افزوده شد. برخی باستان شناسان بر این باورند که این اتفاق یک رخداد تاریخی در مصر باستان بوده است و کشف آهن، اول بار، به دست مصریان باستان در حدود 3000 تا 5000 سال قبل از میلاد مسیح صورت گرفته است. در این دوران، فلز را چکش کاری می‌کردند یا می‌کوبیدند تا از آن ابزار و سلاح بسازند.

مصریان باستان آن را از دل شهاب‌سنگ‌ها پیدا کردند و استخراج کردند و از این سنگ معدن برای ساختن سر نیزه‌ها، چاقو و دیگر لوازم مثل سگک کمربند‌هایشان استفاده کردند. برخی به این دوران، عصر آهن لقب داده‌اند.

بین سال‌های 2000 قبل از میلاد تا 1200 قبل از میلاد، مصریان فرآیندی را برای ذوب آهن (حرارت دادن سنگ معدن آن برای خالص‌سازی) توسعه دادند. برای ادوار متمادی، تولید آهن به عنوان یک راز از نزدیک برای مردم مصر باقی ماند تا اینکه تقریباً 1000 سال قبل از میلاد مسیح، زمانی که متالورژیست‌های چینی، برتری و کارایی آهن را کشف کردند. اما ابزارآلات آهنی تا حدود 500 سال قبل از میلاد به طور روزمره در اختیار همه نبود و استفاده نمی‌شد.

در تاریخ آهن آمده است که ذخایر آهن در مصر قبل از دوره های پسین یا یونانی-رومی ذخیره نمی‌شد. اولین مکان‌های ذوب آهن در مصر در ناوکراتیس و دفنا یافت شده‌اند. آهن در آن زمان سودمندترین فلز بود (بیشتر برای ساختن چاقو استفاده می‌شد)، اما در تزئینات نیز کاربرد داشت. از ترکیبات مختلف آهن نیز به عنوان رنگ‌آمیزی برای وسایل تزئینی مانند طلسم و مهره استفاده می‌شد.

پس از آن که که قلع در دسترس قرار گرفت، آهن ارزان‌تر، قوی‌تر و سبک‌تر شد و آهن آهنگری برای همیشه جایگزین ابزار برنزی شد. در طول عصر آهن، بهترین ابزار و سلاح از فولاد، به ویژه آلیاژهای کربن ساخته می شد. سلاح‌ها و ابزارهای فولادی تقریباً هم وزن سلاح‌های برنزی بودند، اما بسیار قوی‌تر.

ریخته گری آهن در چین

پس از مصر، این تمدن چین بود که به اهمیت استفاده و کاربردهای آهن پی برد. برخی از اولین نمونه‌های ریخته‌گری آهن در چین باستان، چهار مجسمه‌ای هستند که در خارج از معبد ژونگویی در دنگ فنگ قرار دارند. این مجسمه‌ها تقریباً در سال 1024 قبل از میلاد ساخته شده‌اند. پیش از این، متالورژیست‌های چینی با برنز و مس برای ساخت قطعات ریخته‌گری کار می‌کردند که عمدتاً در صنعت کشاورزی این کشور استفاده می‌شد. زمانی که گاوآهن اختراع شد، انقلابی در نوع خودش پدید آورد. این امر کار شخم‌زدن را برای کشاورزان بسیار آسان کرد.

یکی از بزرگترین تأثیراتی که چین بر تکامل ریخته‌گری آهن داشت در سال 645 قبل از میلاد رخ داد، زمانی که متالورژیست‌های چینی شروع به استفاده از قالب‌گیری با شن و ماسه کردند. در این فرآیند، ماسه به طور محکم در اطراف یک قطعه بسته بندی می‌شود و یک قالب ایجاد می‌کند.

سپس، فلز مذاب در قالب ریخته می‌شود تا یک قالب فلزی ایجاد کند. مزیت این فرآیند تنوع زیاد شکل‌ها و اندازه‌هایی است که می‌توان به راحتی آن‌ها را قالب زد. از معایب آن می‌توان به اجتناب ناپذیر بودن نقص در نتیجه نهایی و این که فرآیند کاملاً کار فشرده و نفس‌گیری است، اشاره کرد. این مورد، اولین استفاده شناخته شده از این فرآیند است و نشان دهنده سهم قابل توجه چین در تاریخچه ریخته گری آهن.

کوره، یک اختراع چینی

یکی دیگر از ابداعات چینی کوره بلند بود که از آن برای ذوب فلزات صنعتی، معمولاً آهن خام، نوع کم کیفیت و شکننده آهن با محتوای کربن بالا استفاده می‌شد. قبل از اینکه بتوان از آن برای ساخت فولاد استفاده کرد، باید تصفیه‌اش می‌کردند. اصطلاح انفجار به هوای احتراق داغی اطلاق می‌شود که از طریق لوله هایی به قسمت پایینی کوره وارد می شود تا سوخت از بالا تامین شود.

قدیمی‌ترین انواع کوره ‌های ریخته گری کشف‌شده توسط باستان‌شناسان، به زمان سلسله هان چین در قرن اول قبل از میلاد برمی‌گردد. استفاده از کوره بلند تا سال 1100 به اروپا گسترش پیدا نکرد. سوئد اولین کشوری بود که کوره بلند را وارد چرخه صنعت خودش کرد؛ پس از آن فرانسه و بلژیک در دهه 1300 و انگلستان در سال 1491 قرار گرفتند که کار با کوره را از چینی‌ها آموختند.

تاریخچه آهن در اروپا

برخی تاریخ‌نویسان متالورژی معتقدندکه در دهه 1400 پس از میلاد، تاریخ ریخته گری آهن در اروپا آغاز شد. اولین شواهد از محصولات ریخته گری در اروپا یک لوله چدنی است که برای انتقال آب در قلعه دیلنبرگ در آلمان از آن استفاده شده است. این قطعه به احتمال در سال 1455 ریخته گری شد. اندکی پس از آن، در بورگوندی، فرانسه و انگلیس، از چدن نیز برای ساخت توپ در دوران اصلاحات قرن شانزدهم استفاده شده است که در جای خود نقطه عطفی در کاربرد آهن به شمار می‌رود.

تاریخچه آهن در آمریکا

تاریخ ریخته گری آهن در آمریکا سفر پرفراز و نشیبی دارد. در سال 1619، اولین کارخانه آهن در آمریکای شمالی توسط شرکت ویرجینیا لندن تأسیس شد که کریک نام داشت. این کارگاه صنعتی در نزدیکی رودخانه جیمز قرار داشت. استعمارگران این مکان را نه تنها به دلیل ذخایر سنگ معدنی نزدیک، بلکه به دلیل دسترسی آسان به آب برای نیرو و نیازهای مربوط به کشتی‌رانی، انتخاب کردند. اسناد مکتوب باقی مانده نشان می‌دهد که این تاسیسات قادر به تولید مقداری آهن بوده است. اما مورخان بر این باورند که تولید کامل هرگز حاصل نشد.

در سال 1642، Saugus Iron Works، اولین کارخانه ریخته گری آهن آمریکا، در نزدیکی لین، ماساچوست تأسیس شد. این همچنین مکانی بود که اولین ریخته گری آهن آمریکایی در یک دیگ انجام گرفته است. Saugus Iron Works اکنون یک مکان تاریخی ملی است، زیرا سهم مهمی در صنعت تولید و انقلاب صنعتی آمریکا دارد.

تاریخ آهن در انگلستان

بین سال‌های 1700 و 1750، بریتانیا به شدت به واردات چدن از سوئد متکی بود زیرا خود نمی‌توانست ظرفیت مورد نیازش را با سرعت و میزان کافی برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده برای چدن افزایش دهد. این دوران، به قبل از انقلاب صنعتی بریتانیا بازمی‌گردد.

در آن زمان، صنعت تولید آهن شامل تأسیسات تولیدی کوچک و محلی بود که باید نزدیک به منابع مورد نیاز خود مانند آب، سنگ آهک و زغال چوب قرار می‌گرفتند به این دلیل که منابع محدودی برای حمل و نقل مواد خام و کالاهای نهایی وجود داشت.

در این زمان کوره‌ها کوچک بودند و ظرفیت تولید آنها بسیار محدود بود. اگرچه بریتانیا ذخایر سنگ آهن فراوانی داشت، اما آهنی که می‌توانست از آن تولید کند، آهن خام شکننده با کیفیت پایین با ناخالصی‌های فراوان بود که ناشی از کوره‌های بلند با سوخت زغال سنگ بودند.

در نتیجه، قابلیت استفاده از چدن بسیار محدود بود و بیشتر تقاضا برای آهن فرفورژه وجود داشت که پس از چکش کاری ناخالصی‌های آن، یک محصول به دست می‌آمد. اما انجام این کار زمان زیادی صرف می‌کرد و هنوز آهن فرفورژه وارداتی قیمت کمتری داشت. در نتیجه، آهن بریتانیایی در این زمان فقط برای اقلام ارزان قیمت مانند میخ استفاده می‌شد. با این حال، آهن به زودی به سنگ بنای صنعتی شدن اقتصاد بریتانیا تبدیل شد و تا سال 1800، کالای صادراتی اصلی آن بود.

ازجمله مهم‌ترین نوآوری‌هایی که این امر را ممکن کردند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

•  استفاده از کک به جای زغال سنگ
•  ظهور تکنیک‌های جدید عمل آوری
•  توسعه بازارهای صادراتی

تاثیر کُک بر تاریخ ریخته گری آهن

تغییر چرخه صنعت بزرگ آهن در بریتانیا را می‌توان به انبوهی از نوآوری‌هایی نسبت داد که در طول دهه 1700 اختراع شدند. اولین مورد در سال 1709 زمانی رخ داد که آبراهام داربی اولین آهن را با کُک به جای زغال چوب در یک کوره پخت.
کک سوخت جامدی است که از گرم کردن زغال سنگ در غیاب هوا ایجاد می‌شود و عنصر کلیدی در تاریخچه ریخته گری آهن به‌شمار می‌رود.

در این رابطه باید بدانیم که کک بسیار ارزان‌تر و کارآمدتر از زغال بود. در واقع، با معرفی کک، استفاده از کوره‌های بزرگتر ممکن و سودآور شد که امکان تولید در مقیاس بزرگتر را فراهم کرد. زغال سنگ برای تحمل بار سنگین آهن در مقادیر زیاد بسیار ضعیف بود، اما کک بسیار قوی‌تر عمل می‌کرد. اگرچه چالش آهن شکننده هنوز حل نشده بود، نوآوری داربی تأثیر زیادی بر صنعت داشت و الهام بخش بسیاری از پیشرفت‌های دیگر بوده است.

تکنیک‌های جدید در تاریخ ریخته گری آهن

در سال 1783، هنری کورت دو روش برای استخراج ناخالصی‌ها از آهن خام و تبدیل آن به آهن فرفورژه را ابداع کرد و این امر امکان تولید در مقیاس بزرگ را فراهم آورد.
آهن خام اصطلاحی است که برای توصیف آهن خام و شکننده‌ای به کار می‌رود که مستقیماً از کوره بلند به دست می‌آید. در سال 1783، کورت غلتک‌های شیاردار را به ثبت رساند که باعث می‌شد تا میله‌های آهنی با فرآیندی اقتصادی‌تر ساخته شوند که او آن را تکنیک نورد نامید.

روش‌هایی که قبلاً استفاده می‌شد شامل چکش زدن یا بریدن نوارها از یک صفحه نورد بود.
در سال 1784، کورت، تکنیک و روش پادلینگ را به ثبت رساند که شامل هم زدن آهن مذاب روی بستر کوره‌ای بود که در آن آتش و گازهای داغی که در بالای فلز می‌چرخند گرما را تامین می‌کردند. این امر از تماس فلز با سوخت جلوگیری می‌کرد که در کنار این گازهای در گردش، باعث حذف کربن از آهن شدند.

کلام آخر: بازار آهن در عصر حاضر

در جامعه مدرن، آهن مهم‌ترین فلز در بین تمام فلزات است زیرا از آن برای ساخت انواع مختلف فولاد استفاده می‌شود. کاربرد‌های آهن در جوامع امروزی بی‌شمار است؛ از گیره‌های کاغذ تا آسمان خراش‌ها و هر چیز دیگری که به فکرتان برسد ما از آهن استفاده می‌کنیم. آهن همچنین یک عنصر مهم در زندگی گیاهی و جانوری است.

جالب اینکه نزدیک به دو سوم صادرات جهانی سنگ آهن به چین می رود (بیش از یک میلیارد تن). در مقایسه با آن، ایالات متحده تنها حدود 33 میلیون تن سنگ آهن در سال 2020 وارد کرد‌ه است و در جایگاه دوم قرار می‌گیرد.
از سوی دیگر تقریباً تمام (98٪) سنگ آهن در صنعت فولاد استفاده می‌شود. تولید فولاد خام جهان در سال 2020 به بیش از 1.86 میلیارد تن رسید که در مقایسه با سال 2019 ثابت مانده است.
این رقم فاصله سال های ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۱ تفاوت قابل توجهی نسبت به سال‌ قبل یعنی 2019 پیدا کرد؛ به‌طوریکه کل تولید فولاد خام جهان در سال 2020، 1877.5 میلیون تن اعلام شد.

انجمن جهانی فولاد (The World Steel Association) در تحلیل بازار آهن پیش بینی می‌کند، تقاضای فولاد در سال 2022 با 0.4 درصد افزایش، به 1.84 میلیارد تن و با رشد 2.2 درصدی در سال 2023، به 1.88 میلیارد تن برسد.
ما در آیرومات ارائه دهنده بهترین پیشنهادات خرید آهن به قیمت روز به شما خریداران و توسعه‌گران محترم هستیم. در صورتی که نیاز به هرشکلی از راهنمایی و اطلاعات در حوزه قیمت روز مقاطع فولادی مانند قیمت تیرآهن، قیمت میلگرد و … هستید، فقط کافیست تا از طریق چت آنلاین سایت اقدام کنید و یا با شماره تلفن 45306-021 تماس بگیرید.