الحديد

المسمار مصنوع من حديد. من أين يأتي الحديد؟ للحصول على الحديد، يتم التنقيب عن خام الحديد في المناجم. خام الحديد مادة صلبة في الطبيعة، معدن يحتوي على عنصر الحديد. يوجد خام الحديد في صخور الأساس. يسمى الجزء الذي ليس خام حديد في الصخور بالشوائب. للحصول على الحديد، علينا فصل الخام عن الشوائب. يتم سحق الخام وشطفه لإزالة معظم الشوائب في مصنع المعالجة. ثم نحصل على شيء كالرمال الرطبة يسمى الرَّدْغة، والتي بها مجتوى مرتفع من الحديد - أكثر من 60 بالمائة - في شكل يسمى "خلاصة خام الحديد". لكننا نريد محتوى أعلى من الحديد. لأجل ذلك، نُشكل خلاصة خام الحديد لكرات صغيرة، حُبيبات، ثم نسخن تلك الحبيبات إلى 1300 درجة سيلسيوس في فرن. هذا يجعل خلاصة خام الحديد في الحبيبات تبدأ بالذوبان معا، في ما يسمى بالتلبيد. ثم تُنقل الحبيبات لفرن آخر، فرن الصهر. في فرن الصهر، تُسخن الحبيبات لحرارة أعلى، مع نوع مصفى من الفحم يسمى فحم الكوك أو حجر الكلس. يُنفخ الهواء الساخن للجزء السفلي من فرن الصهر، مما يرفع الحرارة لحوالي 1800 درجة سيلسيوس. ثم يؤخذ الكوك ويُدمج مع الأكسيجن لتكوين أول أكسيد الكربون، والذي يطفو للأعلى داخل فرن الصهر. يُسخن أول أكسيد الكربون الساخن الحديد والكوك. يتفاعل الأكسجين في الحديد مع أول أكسيد الكربون لتكوين ثاني أكسيد الكربون. تؤدي هذه الحرارة القوية لتكوين الكلس والشوائب في الحديد كالكوارتز، مادةً تسمى الخَبَث. يطفو الخبث على سطح الحديد الذائب وتتم إزالته. حالما تتم إزالة كل من الأكسجين والخبث من خام الحديد، يتبقى ما يسمى بحديد الزَّهر. يحتوي حديد الزهر على 4 بالمائة الكربون، والذي يأتي من الكوك المستخدم في فرن الصهر. الحديد المحتوي على هذا الكربون الكثير يصبح قاسيا وهشا. ينكسر بسهولة ويصعب تشكيله. لذا يتم نقله لفرن آخر. في هذا الفرن، يُنفخ الأكسجين عبر حديد الزهر الذائب، فيتفاعل الكربون المتبقي مع الأكسجين ويتحول لأول وثاني أكسيد الكربون ويتحرر للهواء، فيقل محتوى الكربون في الحديد لحوالي 0.1 بالمائة. تسمى هذه العملية بنزع الكربنة. لم يعد الحديد الآن هشا وأصبح يمكن تشكيله. يمكن تشكيل الحديد لعوارض أو أسلاك أو صفائح، وهي المادة الأساسية لصنع شيء كالمسمار.