บทที่ 1 พื้นฐานวัสดุงานช่างอุตสาหกรรม

วสั ดุงานช่างอุตสาหกรรม หนวยที่ 1 พืน้ ฐานวสั ดชุ างอตุ สาหกรรม โดย ค รู ม น ต รี แ ก ว แ ส ง แ ผ น ก วิ ช า ช า ง เ ชื่ อ ม โ ล ห ะ วิ ท ย า ลั ย ก า ร อ า ชี พ ส ร ะ บุ รี

วิชา : วสั ดชุ างอุตสาหกรรม ใบเน้อื หา 1/16 หนว ยการเรียนที่ 1 : ทม่ี าของวัสดอุ ุตสาหกรรม หนว ยการเรียนรทู ่ี 1 ท่ีมาของวสั ดอุ ุตสาหกรรม ความสาํ คญั ของวสั ดใุ นงานอุตสาหกรรม มนษุ ยไดม กี ารคน คิดหาวัสดอุ ปุ กรณเพอื่ นาํ มาอาํ นวยความสะดวกในการดําเนนิ ชีวติ อยตู ามปจ จยั 4 อันประกอบไปดว ย อาหาร ยารักษาโรค เคร่อื งนงุ หม ที่อยูอาศัย แตย ังมปี จ จัยอ่นื ๆ ท่ีมคี วามสาํ คัญ เมอ่ื ววิ ฒั นาการความกา วหนา ทางอารยะธรรมของมนษุ ย ความตอ งการมากข้นึ เร่ิมจากยคุ โบราณใชวัสดอุ ุปกรณ จากธรรมชาติ หนิ ไม มาใชง าย ๆ เมอ่ื ถึงยุคอตุ สาหกรรมสังคมเมอื งประเทศ ทวปี วสั ดุอุปกรณตอ งมีใหเพียงพอ ผลผลติ มากขน้ึ เพื่อสรางคณุ ประโยชน สรางศกั ยภาพ ของตนเองจนยุคปจ จุบันวัสดุอุปกรณตางเขามามคี วาม สาํ คัญในสงั คมนั้น ๆ มีบทบาทในการสงเสริมศักยภาพ สรา งคุณประโยชนใ หก บั ประชาคมโลก สังคมโลกใน ทกุ สาขาอาชีพ ซงึ่ จะเห็นไดวาประเทศท่มี ีการพฒั นาทางดา นอตุ สาหกรรมมเี ทคโนโลยีดกี วา เรว็ กวา มปี ระสทิ ธิ ภาพดกี วา ก็สามารถเปรยี บเทียบไดมากขน้ึ ดงั นนั้ หากอุตสาหกรรมประเทศใดมคี ณุ ภาพเปนท่ยี อมรบั นนั้ ก็ หมายความวา คณุ ภาพของวัสดุอปุ กรณชาตนิ ้ันมมี าตรฐานเปน ท่ียอมรับนํามาใชเ ปนแบบอยา งได ชางอตุ สาหกรรมจงึ ควรทีจ่ ะเรยี นรู สรางความเขาใจในวสั ดุอปุ กรณอ ตุ สาหกรรมใหช ัดเจนแตเ บือ้ งตน กอ น ความหมายของวัสดใุ นงานอุตสาหกรรม หมายถึง วัสดทุ ี่จะนํามาใชในงานอตุ สาหกรรมมีมากมายหลายประเภท เพอื่ นาํ มาใชประโยชน โดย ตรงหรอื ทางออ มซ่งึ นํามาจากธรรมชาตหิ รอื คนคิดประดษิ ฐข้ึนมาเปน ผลติ ภณั ฑเ พื่อใหทันและเพียงพอกับความ ตองการทข่ี ยายตวั มากข้ึนจนเกิดเปน อุตสาหกรรมในสาขาตาง ๆ อยา งมากมาย นาํ เอาไปใชอยา งคมุ คา และมปี ระ สิทธิภาพอยา งที่สุดจะตองไมก ระทบกับสภาพแวดลอมโดยรวมดว ย แหลงทม่ี าของวสั ดชุ า งอตุ สาหกรรม วัตถุดิบท่ีไดจากธรรมชาติถูกนาํ มาผา นขั้นตอนดวยกรรมวธิ ตี าง ๆ ตั้งแตข น้ั ตอนการสาํ รวจแหลง ทรพั ยากร ขนั้ ตอนการนาํ วัตถุดิบมาใช ข้นั ตอนการผลิต การแปรรูป จนกระท่งั ออกมาเปนวัสดุใชงาน วสั ดุชว ย งาน ในทุกสาขางานอตุ สาหกรรมใหไ ดเปน สินคา วสั ดุอุปกรณ ผลติ ภณั ฑ ตลอดจนสามารถพสิ จู นท ราบไดวา ส่งิ ของแตล ะอยางทํามาจากวสั ดอุ ะไร แหลงไหน ใครเปน ผูผ ลติ ผจู ําหนาย และผใู ช

วิชา : วัสดุชา งอุตสาหกรรม ใบเนอ้ื หา 2/16 หนว ยการเรียนท่ี 1 : ที่มาของวสั ดุอตุ สาหกรรม การสํารวจแหลง ทรัพยากร การสาํ รวจแหลง ทรพั ยากรเปนงานเร่ิมตนของกระบวนการดําเนินงานใหไ ดม าซึ่งวสั ดุ การสาํ รวจ สมยั ใหมจ ะเรมิ่ ตน ดวยการสํารวจธรณีวิทยาจากภาพถา ยดาวเทยี มและภาพถา ยทางอากาศ เม่ือพบวาบรเิ วณใดมี แนวโนม จะมีแรธ าตสุ ําคัญ ปริมาณมากพอในเชงิ พาณชิ ยไ ด ก็จะทาํ การสาํ รวจทางภาคสนามเพ่ิมเตมิ โดยใช เทคนคิ ทางธรณเี คมี ธรณีฟส ิกส และการเจาะสํารวจ เมอ่ื ไดข อมูลมากพอและวิเคราะหแลว วา คมุ การลงทนุ กจ็ ะ เร่มิ การดาํ เนนิ การเลือกวธิ กี ารทาํ เหมืองตอไป แร (MINERAL) เปนสารประกอบอนินทรยี หรือธาตุทเี่ กดิ โดยธรรมชาติ นอกจากนั้นยังรวมไป ถงึ สารประกอบอนิ ทรียบ างชนดิ เชน ถา นหินและนํ้ามันอกี ดวย หรืออาจกลา วไดว าแร มีสวนประกอบทางเคมี ซงึ่ สามารถเขยี นเปน สูตรเคมีแทนได แรมีคุณสมบตั ิทางเคมี ทางฟสิกส และทางแสงเฉพาะตวั ถา มกี ารเปล่ยี น แปลงกไ็ มมากนกั การศกึ ษาเกย่ี วกบั เรอื่ งแรใหร ายละเอียดน้ันเปนไปไดโ ดยยากพอสมควร เน่ืองจากแรท ่คี น พบใน ปจ จบุ นั น้ีมีเปน จํานวนนบั รอยชนดิ และยงั มอี ีกเปน จํานวนไมน อ ยท่ยี ังคน หาไมพ บ การท่จี ะรจู ักใหกวา งขวาง นนั้ จะตอ งพยายามศกึ ษาถงึ ความหมายทแ่ี ทจ รงิ ของแรใ หเขา ใจเสียกอนวา แรแตละชนดิ มีความแตกตางกันอยาง ไร มลี กั ษณะอะไรทีส่ งั เกตไดบาง ฯลฯ เนอ่ื งจากแรมเี ปนจํานวนมาก เพ่อื ใหจดจาํ และเขา ใจไดงา ยพอสมควร จึงจําเปน ตองแบงแยกแร ออกเปน กลมุ โดยอาศัยสวนประกอบทางเคมเี ปนหลกั ซึ่งแบง ไดดังน้ี 1. กลมุ ธาตธุ รรมชาติ (Native Elements) เปนแรท ี่เกิดขน้ึ โดยมธี าตเุ พยี งธาตเุ ดียวในธรรมชาติ เชน ทองคาํ ธรรมชาต,ิ กาํ มะถนั , เพชร เปนตน 2. กลุมซลั ไฟด (Sulphides) เปนแรท ี่เกดิ เปนสารประกอบ คอื ประกอบดว ยโลหะกบั ธาตุ กํามะถัน สวนมากเปนแรโลหะ ไดแก กาลนี า (PbS) เปนตน 3. กลมุ ซัลโฟซอลต (Sulphosalt) เปน แรท ีป่ ระกอบดวยตะกั่วหรอื ทองแดง หรอื เงนิ กับกํามะถนั และ มีพลวงหรืออารเซนกิ หรอื บทิ มัสประกอบอยูดวย 4. กลมุ ออกไซดและไฮดรอกไซด (Oxides and Hydroxides) แรจาํ พวกออกไซดเ ปนแรท่ปี ระกอบ ดว ยธาตโุ ละกบั ออกซิเจน เชน เฮมาไตท (Fe2O3) สว นพวกไฮดรอกไซดน น้ั เปนแรออกไซดทม่ี ี นํ้าปนอยดู ว ย ซ่ึงไดแก ลิมอไนต 5. กลุมเฮไลด (Halides) เปน แรที่ประกอบดว ย คลอไรด, ฟลูออกไรด,โบรไ มด ไอโอไดด เชน ฟลูออ ไรท ( CaF2 6. กลุมคารบ อเนต (Carbonates) เปน แรทม่ี ีคารบอเนต(CO3 ) ประกอบอยดู ว ย เชน แคลไซด ( CaCO3 ) 7. กลุม ซลั เฟต (Sulphates) เปนแรท่ีประกอบดวยซลั เฟต ( SO4 ) เชน แบไรต ( BaSO4 )

วิชา : วสั ดุชา งอุตสาหกรรม ใบเน้ือหา 3/16 หนว ยการเรยี นที่ 1 : ท่มี าของวสั ดุอตุ สาหกรรม 8. กลมุ ทังสเตน (Tungstates) และ โมลบิ เดต (Molybdates) แรบางชนิดท่ปี ระกอบดว ยกลุม ทังสเตน (WO4 ) เชน ชีไลต (CaWO4 ) วลุ ฟไนต ( PbMoO4 ) 9. กลุม ฟอสเฟต (Phosphates) เปน แรท ี่มพี วกฟอสเฟต ( PO4 ) ประกอบอยู เชน อะพาไทต ( Ca5 (F,Cl) Po4 )3 โมนาไซด ( Ce, La,Y ,Th)PO4 10. กลมุ ซลิ ิเกต (Silicates) เปนกลุม แรทเ่ี กดิ มากที่สดุ สว นประกอบสําคัญ คอื กลมุ ซิลิเกต ( SLO4 ) หรือชลิ กิ อนกบั ออกซิเจน แรในกลมุ นป้ี ระกอบดว ยธาตุมากมายหลายชนิดตาง ๆ กนั ที่พบอยู เสมอไดแ ก โซเดยี ม, โปตสั เซยี ม, แคลเซยี ม, แมกนีเซยี ม, อลมู เิ นยี ม และเหลก็ วธิ ีการทาํ หมอื งแร โดยท่วั ไปการทาํ เหมอื งแรแบงออกเปนประเภทใหญ ๆ คอื การทําเหมืองบนดนิ หรอื ในระดบั ตน้ื ๆ การทําเหมืองใตด ินและการทาํ เหมืองแรในทะเล การทําเหมืองแรบนดินหรือใตด ินในระดบั ต้นื ๆ เปนการทําเหมืองในแหลงลานแรหรือแหลงแรท ี่ อยใู นดินระดับตน้ื ๆ หรอื อยูบนเขา เชน การทําเหมอื งสูบ เหมอื งฉีด และเหมอื งฉาบ ซง่ึ อาจตอ งทาํ เหมอื งเปด แบบข้นั บนั ได รวมทัง้ การเจาะระเบิดแหลงแรตามสายแร การทําเหมืองใตด ิน มหี ลายวิธีตามลักษณะและคณุ ภาพตามสายแร หนิ ขางเคยี งและการคา้ํ ยัน สว นมากเปน การทําเหมืองอโุ มงคแ ละเหมอื งละลายแร เชน การละลายชนั้ เกลือใตดนิ เปน ตน ปกติจะตองเจาะ เปนปลองหรอื อโุ มงคล งไปใตด นิ หรอื ภูเขาเพือ่ ตามสายแรแ ลวนําเอาหนิ ปนแรข น้ึ มาเขาอุปกรณแ ตงแร รปู ที่ 1.1 การทําเหมืองแร

วชิ า : วสั ดุชางอุตสาหกรรม ใบเนือ้ หา 4/16 หนว ยการเรยี นที่ 1 : ท่มี าของวสั ดอุ ตุ สาหกรรม การทาํ เหมอื งแรแบบตา ง ๆ เหมอื งเรือขุด เปน การทําเหมอื งโดยใชเ คร่ืองจักรและอุปกรณทําเหมอื งตดิ ตง้ั บนเรือ หรอื โปะและขุด แรปนดนิ ทรายดวยเครอื่ งตกั เครอื่ งขุดหรอื เครอ่ื งสบู แลวนาํ แรป นดนิ ทรายไปเขา รางกูแร หรอื อปุ กรณแตง แร อยา งอน่ื เหมอื งเรอื ขดุ น้อี าจขุดบนบกหรือในทะเลกไ็ ด เหมอื งหาบ เปนการทาํ เหมอื งโดยวิธกี ารอยางใดอยา งหน่งึ หรือหลายวธิ ี เชน การใชแ รงคน เครอื่ งขดุ หรอื การระเบดิ ขดุ หรือเปด หนาเหมืองใหเปนบอ หรอื ขั้นบันไดแลวนาํ เอาหนิ ดินทรายปนแรไปเขา รางกแู ร เหมืองสูบ เปนการทาํ เหมืองโดยวิธีอยางใดอยา งหนงึ่ หรือหลายวิธี เชน การใชแ รงคน พลงั นํา้ เครือ่ ง ขดุ หรอื การระเบิดพงั ดินทรายแรห นา เหมอื งแลว ใชเคร่ืองสูบทรายสบู ดนิ ทรายปนแรข ึ้นมาสรู างกูแรหรือ อุปกรณแ ตงแรอ ยา งใดอยา งหน่ึง เหมอื งแลน เปน การทําเหมืองในแหลงทอ่ี ยบู นเนนิ หรอื ไหลเขา จะใชแรงคน พลังนํา้ เครื่องขุดหรอื การระเบิดพังดินปนทรายแรห นา เหมอื งแลว ปลอยใหดนิ ปนทรายแรไ หลลงรางกูแร หรอื อปุ กรณแตง แรอยา ง อยางอ่ืน เหมืองฉดี เปนการทําเหมอื งคลา ยเหมอื งสูบ แตใชพ ลงั นํ้าธรรมชาตฉิ ีดพงั หนา เหมอื งแลงใชเคร่ืองดดู ดนิ ทรายปนแรขนึ้ สูรางกแู รหรอื อุปกรณแตงแรอ ยางอน่ื เหมอื งปลอ ง เปนการทาํ เหมืองในลานแรท มี่ เี ปลือกดนิ หนา โดยการขุดเปน ปลองลงไปจนถึงชัน้ กระสะแรแ ลวเดินอโุ มงค เพือ่ นาํ เอาดนิ ทรายปนแรจากชั้นกระสะแรข นึ้ มาแตง แรดวยรางกูแ ร หรืออปุ กรณ แตง แรอยา งอื่น เหมืองอุโมงค เปน การทําเหมืองใตดินเปนทที่ างแรห รือแหลงแรแ บบอ่นื ทไี่ มใชลานแร โดยการเจาะ เปน ปลอ งหรืออุโมงคหรือทัง้ สองอยาง จะโดยวธิ ใี ชแ รงคน หรือเคร่ืองจกั ร อุปกรณหรือการระเบดิ เพ่ือนําเอา หินปนแรข ึน้ มาเขาอปุ กรณแ ตง แร หรอื นําไปใชป ระโยชนโดยตรง เหมืองเจาะงัน เปนการทําเหมอื งแรท ที่ างแรโ ดยแรงคน เครอ่ื งจกั รหรอื อปุ กรณห รือการระเบดิ ขดุ หรอื เปดเปน รอ งหรอื อโุ มงคเ ขา ไปในภเู ขาเพ่อื ตามสายแรลงไปในแนวดงิ่ ไมเกิน 10 เมตร แลว นาํ หินปนแร จากสายแรขน้ึ มาลา งหรือทุบยอย หรือเลือกเอาแตก อนแรท ม่ี ีปริมาณแรสงู หรือนาํ เขา อุปกรณแตง แร เหมืองละลายแร เปนการเจาะบอหรือรลู งไปใตด ินจนถงึ แหลง แร แลวปลอ ยสารละลายลงไป ละลายแรจากนัน้ สูบขนึ้ มาทางรูบอเดิม หรอื ทางบอหรือรูอื่น เหมอื งเรอื สูบ เปน การทําเหมอื งโดยใชเ ครอ่ื งจักรและอปุ กรณทาํ เหมอื งตดิ ตง้ั บนเรือหรือแพ โดยใช เครือ่ งดดู ทรายขนาดเสนผานศนู ยก ลางไมเ กนิ 14 น้ิว สบู หินดนิ ทรายปนแรข ้ึนมาลา งบนเรอื หรือแพ การยอย การคัดขนาด และการแตง แร แรทีไ่ ดจ ากการทําเหมืองมกั จะมีความสะอาดไมมากพอ จําเปน ตองมาคัดเลือกเพื่อแยกเอาแตแ ร ออกจากมลทิน ซึง่ ไดแก หนิ กรวด ทราย ที่ปะปนมากบั แร การทาํ แรใ หสะอาดนี้เรยี กวา การแตงแร

วชิ า : วสั ดชุ างอตุ สาหกรรม ใบเนื้อหา 5/16 หนวยการเรียนที่ 1 : ท่มี าของวสั ดอุ ุตสาหกรรม (mineral processing) ไดแก การยอย การคดั ขนาด การแยกแร ซึง่ รวมถงึ การใชโ ตะแยกแร จกิ๊ การลอยแร การใชแ มเหลก็ การใชไ ฮเทนชนั (high tension) เฮฟวีมเี ดยี (heave media) และการยาง (roasting) ดว ย การจะเลอื กวธิ กี ารใดมาแตงแรน้ันข้นึ อยูกับองคป ระกอบหลายอยา ง ไดแ ก สมบตั ิ ลกั ษณะ ชนิด แหลงกาํ เนดิ ขนาด และความสะอาดของแรท่ีตอ งการจะแตง - การยอยแร บดแร คดั ขนาดแร และการลางออกดวยนา้ํ เพอื่ ทาํ ใหแรหลดุ จากหินหรือแรมลทนิ อ่นื ๆ และแยกขนาดเมด็ แรอ อกเปนกลมุ ๆ เพอ่ื สะดวกและเหมาะสมกบั เครอ่ื งแยกแรแ ตล ะชนดิ - - - การเลอื กแรด ว ยมือ เปนวธิ ีโบราณสาํ หรบั เลือกเกบ็ แรท่มี คี วามสมบรู ณส งู เปน กอ นใหญ ๆ และ แยกเปน กอนอสิ ระจากหิน เชน การเลือกเกบ็ พลอย แรฟลูออไรต เปน ตน - การใชความแตกตางดา นความถว งจําเพาะของแรและมลทนิ เจือปน วิธนี ม้ี ีอุปกรณหลายชนิด เชน โดยใชเ ลียงลอนแร รางกแู ร รางลา ง แร จ๊ิก โตะ สั่นแยกแร ฮมั ฟรนี ส ไปราล (ตะแกรง หมุนคดั ขนาด) ไดล า งแร และเครอ่ื งแยกแร แบบมชั ฌิมหนักเปนตน - การแยกแรด ว ยแมเหลก็ อาศยั อํานาจแรงแมเหล็ก ซึง่ แรตา งชนิดกนั จะมคี ุณสมบตั ิดูดตดิ แม เหลก็ ที่ความเขม สนามแมเหลก็ ตา งกนั อุปกรณอาจเปน เคร่อื งแยกแมเ หล็กไฟฟา ซึง่ สามารถจดั แรงแมเ หล็กใหมากนอยตามตองการ - การแยกแรด วยไฟฟาสถิตหรอื ไฟฟาแรงสูง อาศยั คณุ สมบตั ิในการเปน ส่อื ไฟฟาของแรแตละ ชนดิ มาเปน หลักในการสรา งเครือ่ งแยกแร เม่อื เคร่อื งใหป ระจไุ ฟฟา แกแ รท าํ ทาํ เกดิ แรงดูดหรอื แรง ผลักขนึ้ ทาํ ใหส ามารถแยกแรท ี่มคี ณุ สมบัติในการเปน สือ่ ไฟฟา ตา งกันออกจากกันได - การลอยแร อาศยั ความแตกตางของสมบัตทิ ่ีผวิ ตอสารเคมีแตล ะชนิดท่แี ตกตางกนั ของแรแ ตละ ชนิด สารเคมที ใ่ี ชในการลอยแร จะทาํ ใหแ รเ ปยกน้าํ ไมเ ทา กัน แรท ่ีไมเปย กนํา้ จะเกาะตดิ ฟอง อากาศไดดกี วา แรท่เี ปย กน้ําฟองอากาศจะพาเม็ดแรที่เกาะตดิ ลอยขน้ึ มาผิวนาํ้ สว นทแ่ี รเปย กนาํ้ จะ จมอยูใ นน้ําเหมอื นเดมิ - การแตงแรโดยวธิ ีเคมี หมายถึง การแยกแรโ ดยใชส ารละลายและปฏิกิริยาเคมเี ขา ชว ย และยงั รวมถึงการเผาหรอื การยางแร ดว ยความรอนทาํ ใหแรเ ปล่ยี นสภาพจากสารประกอบชนิดหนง่ึ ไป เปน สารประกอบอีกชนิดหน่ึง - การตดั หรือขัด แตง แรโ ดยวธิ ีตัดแรห รอื หนิ ใหเ ปน ขนาดตาง ๆ ตามตอ งการแลวนาํ ไปขดั ตอจน เรยี บเปน เงาสวยงามเพือ่ ใชในการประดับ เปนการเพ่มิ มลู คา หรอื ประโยชนของแรและหินทาง ดา นเศรษฐกจิ โดยท่ัวไปวิธนี ใ้ี ชส าํ หรับหนิ ออน หินแกรนติ และหินชนดิ อ่ืน ๆ ในการแปรรูปเปน หินประดับ

วชิ า : วสั ดชุ างอตุ สาหกรรม ใบเน้ือหา 6/16 หนว ยการเรยี นที่ 1 : ท่มี าของวสั ดุอตุ สาหกรรม รปู ที่ 1.2 แรจ ากตะแกรงหมุนเขา สรู างกแู ร รูปที่ 1.3 เคร่อื งแตง แรแมเหล็ก รูปท่ี 1.4 แรท ี่ไดจากรางกแู ร รปู ท่1ี .5 แผนผงั แสดงขนั้ ตอนการดาํ เนนิ งานและการผลติ ท่ีจาํ เปนสําหรับวัสดุ

วชิ า : วสั ดุชางอตุ สาหกรรม ใบเนื้อหา 7/16 หนวยการเรยี นที่ 1 : ท่มี าของวัสดอุ ตุ สาหกรรม 1.3.4 การผลติ โลหะจากแร เม่ือแรถ ูกขุดและนาํ มาแตงแยกแยะแลว จะนาํ มาสูกรรมวิธที างโลหะกรรมท่ปี ระกอบดวยข้นั ตอน ตา ง ๆ ท่จี ะทาํ ใหแ รต าง ๆ เหลา น้ันเปนโลหะบรสิ ทุ ธิ์ โลหะผสม หรอื ทาํ ใหเ ปนไปตามที่กาํ หนดไว แลวแตว า แรน้ันมีองคป ระกอบทางเคมเี ปน แบบใด เชน ประเภทซลั ไฟด ออกไซด คารบอเนต ซลิ ิเกต หรืออืน่ ๆ กรรมวธิ ีทางโลหะกรรมนแี้ บง เปน 3 วธิ ีใหญ ๆ คือ 1) วธิ ใี ชความรอน 2)ใชไฟฟา 3) ใชสารเคมี วธิ ใี ชค วามรอ น นัน้ จะตองมีการควบคุมการใหค วามรอนใหดี เพ่ือใหไ ดโลหะออกมาตามที่ ตอ งการ เชน แรที่เปนประเภทออกไซด อาจจะใหความรอนโดยตรงได แตพวกซลั ไฟดจ ะตอ งมีการยา งกอน เพือ่ เปล่ียนแรซ ลั ไฟดใหเปนประเภทออกไซดเ สียกอ น วิธีนี้ยงั ใชก บั แรประเภทอน่ื อีกหลายชนดิ เช้อื เพลิงทีใ่ ช ในกระบวนการนีโ้ ดยทวั่ ไปจะใชถ า นโคก น้ํามัน หรอื แกส หรอื ไมก ็พลงั งานไฟฟา วิธกี ารทางไฟฟา คือ วธิ กี ารทางเคมีไฟฟา โดยเฉพาะการใชกระบวนการไฟฟา สงั เคราะหใ นการ แยกและทําความสะอาดโลหะและในการชุบไฟฟา โดยมอี ยู 2 ประเภทคือ การแปรพลังงานไฟฟาเปนพลงั ทางเคมแี ละการใชพลงั งานความรอ นทไี่ ดจากพลังงานไฟฟา วธิ ีใชส ารเคมี คือ เทคโนโลยีการใชส ารละลายตามหลักเคมฟี ส ิกส อนินทรีย เคมี เคมีไฟฟา และเคมวี ิเคราะห โดยมขี น้ั ตอนการดําเนินการโดยเรมิ่ จากการละลายโลหะ หรอื อโลหะโดยใชสารละลาย มักเรียกวา การกรองตะกอน ขั้นตอ ไปก็แยกเอาของทไ่ี มใ ชออก และทาํ ตะกอนใหบ รสิ ทุ ธ์ิ ตอมาก็แยกโลหะ จากตะกอนสารละลายโดยวธิ ที างเคมแี ละไฟฟา สังเคราะห สินแรเหลก็ (Iron Ore) สินแรเ หลก็ ท่ีขุดพบบนพ้นื ผิวโลกน้นั จะอยใู นลกั ษณะของผสมโดยจะอยรู วมกัน หิน ดิน ทราย กํามะถนั ฟอสฟอรัส คารบ อน และแรอ ืน่ ๆ แรเหลก็ ทพ่ี บทวั่ ไปในโลกนั้นจะอยใู นรูปของออกไซด (Oxide) สินแรเหล็กทคี่ น พบมอี ยู 5 ชนิด ดงั นี้ สนิ แรเหล็กแม็กนีไทต (Magnetite) มชี อื่ ทางเคมีวา เฟอรโรโซเฟอริกออกไซด (Ferrosoferic Oxide) ซึ่งสตู รทางเคมคี ือ “ Fe3O4 ” มสี นี าํ้ ตาลเขม จนถงึ ดาํ มคี ณุ สมบัตเิ ปนแมเ หล็กสินแรเหล็กชนิดนเี้ ม่ือ นาํ ไปถลงุ จะไดเนอื้ เหลก็ ประมาณ 72% โดยปรมิ าตร พบมากทป่ี ระเทศสวีเดนและบรเิ วณตะวันตกของ ประเทศสหรฐั อเมริกา สินแรเฮมาไทต (Hematite) หรือเรยี กกนั อีกชอ่ื หนึง่ วา เรดเฮมาไทต (Red Hematite) เน่อื งจาก สนิ แรมีสีแดงจนถึง น้าํ ตาลเขม มชี ่อื เรยี กทางเคมวี า เฟอรัสออกไซด ซึ่งสูตรเคมีคือ “ Fe2O3 ” เม่ือนาํ ไปถลงุ แลวจะไดเน้ือเหล็กประมาณ 60% พบมากในประเทศเยอรมนี อังกฤษ แคนาดา และสหรัฐอเมรกิ า ซึง่ ประเทศไทยกม็ แี รเหลก็ ชนดิ นม้ี ากเชนเดยี วกัน สนิ แรเ หล็กไลมอไนต (Limonite) หรอื เรียกกนั อกี ชอื่ หนึง่ วา บราวนเฮมาไทต (Brown Hematite) เนอื่ งจากมสี นี ํา้ ตาลจนถึงเหลืองเขม ประกอบดวยเหลก็ ออกไซดและนา้ํ สูตรทางเคมี คือ (Fe2O3-3H2O”) เมือ่ นาํ ไปถลุงแลว จะไดเน้ือเหล็กประมาณ 50% พบมากในประเทศเยอรมนอี งั กฤษ และสหรฐั อเมรกิ า

วชิ า : วัสดุชางอตุ สาหกรรม ใบเน้อื หา 8/16 หนวยการเรยี นที่ 1 : ท่มี าของวสั ดุอุตสาหกรรม สินแรเหล็กซิเดอไรด (Siderite) มีชอื่ เรยี กทางเคมีวา เฟอรรัสคารบ อเนต (Ferrous Carbonate) ซ่ึงสูตรทางเคมคี อื “Fe2CO3) เม่ือนําไปถลงุ แลวจะไดเ หล็กประมาณ 48% พบมากในประเทศอังกฤษ เยอรมนี ออสเตรีย และสหรฐั อเมริกา สนิ แรเ หลก็ ไพไพต (Iron Pyrite) มีสูตรทางเคมีคอื “FeS2” เมอื่ นาํ ถลงุ จะไดเ หลก็ ประมาณ 45% โดยปรมิ าตร แตสนิ แรช นดิ น้ไี มน ิยมนาํ ไปถลุงเปนเหลก็ เนอ่ื งจากสินแรช นิดนีม้ กี ํามะถันอยมู าก จึง นยิ มนําไปใชเปน วัตถุดบิ ในการผลิตกํามะถนั มากกวา ขน้ั ตอนการผลิตเหล็กรปู พรรณจากสนิ แร การผลติ เหลก็ และเหลก็ กลา จากสินแรเ หลก็ มีขั้นตอนการผลิตดังน้ี ข้นั ตอนที่ 1 นําสนิ แรเ หล็กท่ขี ุดไดมาแยกสง่ิ เจือปนตาง ๆ เชน หิน ดิน ทราย จากนน้ั นาํ มาปน ใหม ีลกั ษณะเปน รปู รางกลม (Pellets) ข้ันตอนที่ 2 นําสนิ แรเหล็กไปเผารวมกนั ถานโคก และหนิ ปูนหรือปูนขาวซ่งึ ผานการบดและกรองมาแลวใน เตาสงู (Blast Furnace) ข้ันตอนท่ี 3 ไดน ําเหลก็ ทส่ี ะอาดปราศจากสารมลทนิ นําไปเทลงในแบบเพือ่ ใหแ ขง็ ตวั เปนแทง (Ingot) ข้นั ตอนท่ี 4 แทง เหล็ก (Ingot) mไดจ ะเปนเหล็กบริสทุ ธซิ์ ึ่งมีคุณสมบตั ิไมเ พียงพอตอ การนาํ ไปใชง าน ตอ งนาํ ไปหลอมละลายใหมแ ละปรบั ปรุงคณุ ภาพโดยการเตมิ ธาตบุ างอยา งลงไปในเตาเบสเซมเมอร (Bessemer Converter) หรอื เตาเบสิก-ออกซิเจน (Basic Oxygen) หรือเตาโอเพนฮารธ (Open Hearth Furnace) หรอื เตา ไฟฟา (Electric Furnace) เพื่อใหมีคุณสมบัติตามความตองการใชง าน จากนน้ั จึงเทลงในแบบใหแข็งตัวเปน แทง เกบ็ ไว ขัน้ ตอนท่ี 5 นําแทงเหล็กทม่ี ีคณุ สมบัตติ ามท่กี ําหนดนน้ั ใหความรอนจนกระทัง่ เน้ือเหล็กมลี กั ษณะออ นเปย ก จากน้ันจงึ นาํ เขา เคร่ืองจักร เพ่ือดึงหรอื รดี ใหเ ปน แทงยาวหรอื เปน แผน หนาตอ ไป ขน้ั ตอนท่ี 6 นําเหลก็ ทมี่ ลี กั ษณะเปน แทงยาวหรือเปน แผนหนาไปผา นกระบวนการดึง (Drawing การดนั ให ไหล (Extrude) การรีด (Rolling) เพอ่ื ทําใหเ ปน เหล็กรปู พรรณตา ง ๆ เชน เสนลวด เหล็กโครงสรา ง ทอ และ แผนเหล็ก เปนตน ชนดิ ของวัสดใุ นงานอุตสาหกรรม วสั ดุทีใ่ ชในงานอตุ สาหกรรมแยกออกเปน 2 ประเภทใหญ ๆ คือ 1. โลหะ (Metallic Material) โลหะยงั สามารถแบงออกไดเปน - โลหะประเภทเหลก็ - โลหะประเภทไมใชเ หล็ก 2. อโลหะ (Non-Metallic Material) อโลหะยงั สามารถแบง ออกไดเปน สารธรรมชาติ สารสังเคราะห

วชิ า : วสั ดุชางอุตสาหกรรม ใบเน้ือหา 9/16 หนว ยการเรียนที่ 1 : ท่มี าของวัสดอุ ุตสาหกรรม แผนภูมแิ สดงการจําแนกชนดิ วสั ดทุ ีใ่ ชในงานอุตสาหกรรม รูปท1่ี .6 คุณสมบัตขิ องวสั ดใุ นงานอตุ สาหกรรม คณุ สมบัติทางเคมีของวสั ดชุ างอุตสาหกรรม วสั ดุชางควรมคี ณุ สมบัติทางเคมดี ังตอ ไปน้ี

วชิ า : วสั ดชุ างอตุ สาหกรรม ใบเนอ้ื หา 10/16 หนว ยการเรียนที่ 1 : ท่มี าของวัสดุอตุ สาหกรรม 1. มีความคงทนตอ การกดั กรอน หมายถึง การท่มี ีความตา นทานตอ การแตกหรอื แยกตวั ของผิว จากปฏิกริ ยิ าเคมีจาก ลม น้ํา กรด หรือสารเคมี 2. ความคงทนตอความรอน หมายถงึ ทนความรอนไดท ี่อณุ หภูมิสูง 3. สามารถประสม (เจือ) รวมกันได 4. มีความเปนพษิ นอ ย 5. ตา นทานตอ แบคทีเรยี ได คณุ สมบัตทิ างฟส กิ สของวัสดชุ างอุตสาหกรรม คณุ สมบัตทิ างฟส ิกสท ี่สาํ คัญของวสั ดุ ไดแ ก ความสามารถในการนาํ การแผควรรอ นและกระแส ไฟฟา การยึดตวั ตามความรอน ความหนาแนน จดุ หลอมเหลว จุดเร่ิมแข็ง จดุ เดือด จุดกลนั่ ตัว คุณสมบตั ทิ ี่ กลา วมานีม้ ีประโยชนใ นการนํามาใชงาน 1. คณุ สมบตั ิในการเปน ตัวนาํ ไฟฟา (Electrical – Conductivity) คณุ สมบัตทิ ว่ี สั ดุงานยอมให กระแสไฟฟาไหลผานไดง า ยและดี สวนมากเปน พวกโลหะ เชน ทองแดง เงิน อลมู ิเนยี ม เหลก็ ฯลฯ 2. คณุ สมบัตใิ นการนาํ ความรอน (Heat Conductivity) คือ คุณสมบตั ิของวัสดทุ ี่ยอมใหความ รอนผา นไดด ี ซงึ่ จะเปนโลหะท้งั หลายนนั่ เอง คุณสมบตั ทิ างฟส ิกสข องวัสดชุ างอตุ สาหกรรม คณุ สมบตั ิทางดานเชงิ กลของวสั ดชุ างอตุ สาหกรรม 1. ความแขง็ แรง (Stength) ความแข็งแรง คือ ความสามารถในการรับแรงโดยไมแ ตกหกั เสียหาย ซง่ึ แบง ออกไดเปน - ความแข็งแรงในการบั แรงดึง (Tensile Strength) คือ ความสามารถของวัสดทุ ีจ่ ะ ตอ งทานการแตกหักเมอ่ื ไดร บั แรงดึงสองขา งออกจากกนั ดังรปู รปู ท่ี 1.7 ลกั ษณะรบั แรงดงึ - ความแข็งแรงในการรับแรงอัด (Compressive Strength) คือ ความสามารถของวสั ดุ ทจ่ี ะตานทานการแตกปรเิ มอ่ื ไดรบั แรงอัด ดงั รูป

วชิ า : วสั ดุชา งอตุ สาหกรรม ใบเน้อื หา 11/16 หนว ยการเรยี นที่ 1 : ทม่ี าของวสั ดอุ ตุ สาหกรรม รปู ที่ 1.8 ลกั ษณะรบั แรงอัด - ความแข็งแรงในการรบั แรงเฉือน (Shearing Strength) คือความสามารถของวสั ดทุ ี่ จะตา นทานการฉีกเม่อื ถูกเฉือน ดังรปู รูปที่ 1.9 ลกั ษณะรับแรงเฉือน 2. ความเหนียว (Toughtness) ความเหนียว (Toughtness) หมายถึง ความสามารถของวัสดทุ ส่ี ามารถตานทานตอแรงกระตกุ หรือกระแทก (Shock Loading Impact Loading) อยางทนั ทที นั ใดไดโ ดยไมเกิดการเสยี หาย ความสามารถทาง ดา นความเหนียวมีอยูดวยกันดงั น้ี คือ - ความสามารถในการยดื หยุนตัว (Elasticity) ความสามารถในการยดื หยุน ตวั คือ สมบัติในการคนื สสู ภาพเดมิ ภายหลงั จากถูกดึงหรืออดั คุณสมบัตนิ ม้ี คี วามสาํ คัญมากสําหรับวัสดุโครงสราง เพราะตองออกแบบไมใหรับแรงเกนิ จดุ คราก (Yield Point) ซ่ึงจะทาํ ใหเ กดิ การยืดตวั อยา งถาวรนาํ ไปสกู ารแตกหักและเสยี หายได หมายเหตุ จดุ คราก (Yield Point) คือ จุดท่ีวัสดุมีการยืดตัวอยางถาวรไมส ามารถกลับคืนสู สภาพเดิมได

วชิ า : วสั ดุชา งอตุ สาหกรรม ใบเนอ้ื หา 12/16 หนวยการเรียนท่ี 1 : ท่ีมาของวสั ดุอุตสาหกรรม รปู ที่ 1.10 ความสามารถในการยืดหยนุ ตวั ของวสั ดุ - ความสามารถในการยืดตัว (Ductillity) ความสามารถในการยดื ตัวของวัสดุ คือ สมบตั ขิ องวัสดุทีส่ ามารถดึงหรืออดั ใหย ืด ตัวออกไดงา ยโดยไมแ ตกหัก วสั ดุทีม่ ีความสามารถในการยดื ตัวไดด ี ไดแ ก อะลมู ิเนียม ทองแดง เหลก็ กลา และทองเหลอื ง รูปที่ 1.11 ความสามารถในการยืดตัวของวสั ดุ - ความสามารถในการบดิ งอและอดั รีดขนึ้ รูป (Torsion and Malleability) ความสามารถในการบิดงอและอัดรีดขนึ้ รูป คือ สมบตั ิของวัสดทุ ี่สามารถบดิ งอหรอื อัดรีดข้ึนรปู ไดโดยไมป รแิ ตกงา ย เปน คุณสมบัติทคี่ ลายคลงึ กับความสามารถในการยืดตวั โลหะทอ่ี อนมคี วาม สามารถในการอัดขนึ้ รปู ไดดกี วาโลหะทีแ่ ข็ง

วิชา : วัสดชุ างอุตสาหกรรม ใบเน้อื หา 13/16 หนวยการเรยี นท่ี 1 : ทมี่ าของวัสดุอุตสาหกรรม รูปที่ 1.12 ความสามารถในการบดิ งอและอดั รดี ขนึ้ รูปของวสั ดุ 3. ความแข็งของผิว (Hardness) ความแขง็ ของผวิ คือ สมบัติของวัสดุในการตานทานการสึกหรอ หรือตา นทานตอ การถูกขีด ขว น หรือแรงกด โดยมาตรา การวัดความแข็งใชเ ปรียบเทยี บกบั เพชรซึ่งเปนวัสดุทแี่ ข็งที่สดุ ในการทดสอบหาคาความแข็งของวสั ดุ นิยมใชกันอยู 3 วิธี คอื 1. การทดสอบแบบ บริเนล (Brinell Test) โดยใชล ูกบอลเหลก็ กลาชุบแขง็ ขนาดเสน ผานศูนยกลาง 10 มิลลิเมตรกดลงบนชิ้นงาน โดยใชแ รงกด 3,000 กโิ ลกรมั สาํ หรบั วสั ดแุ ข็ง และ 500 กิโลกรมั สําหรับวสั ดุออน ทําการกดประมาณ 30 วนิ าที หลังจากนน้ั ทําการวัดขนาด เสน ผา นศูนยกลางของรอยกด เพอื่ นาํ มาคํานวณ หาคาความแขง็ 2. การทดสอบแบบ วคิ เกอร (Vickers Test) โดยใชห วั เพชรรปู พรี ะมิดฐานสเี่ หลี่ยมมี มมุ จิก 136 องศาและหวั กดลูกบอลเหล็กกลา กดลงบนชิ้นงานการทดสอบแบบ รอคเวลเปน การทดสอบความแขง็ ทส่ี ะดวกมาก เนื่องจากสามารถอานคาความแขง็ ไดโ ดยตรงจากหนาปด ของเครื่องทดสอบ 3. การทดสอบแบบรอคเวล (Rockwell Test) มีสองสเกล คือ 3.1 รอคเวล B โดยใชล ูกบอลเหลก็ กลมกดลงบนชิ้นงาน 3.2 รอคเวล C โดยใชก รวยเพชร มมุ กรวย 120 องศา กดลงบนชนิ้ งาน

วิชา : วัสดชุ า งอตุ สาหกรรม ใบเนือ้ หา 14/16 หนว ยการเรยี นที่ 1 : ท่ีมาของวัสดอุ ุตสาหกรรม พิจารณารูปการทดสอบความแขง็ ของผิววัสดุไดดงั น้ี รูปที่ 1.13 การทดสอบความแข็งของผิววัสดุ

วชิ า : วัสดชุ า งอุตสาหกรรม ใบเน้อื หา 15/16 หนว ยการเรยี นท่ี 1 : ทมี่ าของวัสดุอุตสาหกรรม 4. ความสามารถในการรับแรงกระแทก (Impact Resistance) ความสามารถในการรับแรงกระแทก คอื ความสามารถของวัสดุทีท่ นทานตอแรงกระแทกที่ มาโดยเฉยี บพลันโดยไมแตกหกั เสยี หาย วสั ดุโดยท่ัวไปจะรบั แรงกระแทกไดนอ ยกวาแรงที่คอย ๆ รับอยาง ชา ๆ และสมาํ่ เสมอ 5. ความเปราะ (Brittleness) ความเปราะ คอื สมบตั ขิ องวัสดุทจ่ี ะแตกหักโดยงา ยเมอื่ บิดตัวเล็กนอ ย โดยทั่วไปวสั ดุที่มี ความแขง็ มากจะเปราะมาก นน่ั คือจะเกิดการแตกหักงา ย รูปที่ 1.14 การทดสอบความเปราะของวัสดุ การนําวัสดไุ ปใชงาน ในการเลือกวสั ดไุ ปใชในงานอุตสาหกรรมมขี อ ควรพิจารณาดังตอไปนี้ 1. การขนึ้ รูป วสั ดทุ ใี่ ชตอ งสามารถทาํ ใหเปน รูปรา งตามความตอ งการของผูอ อกแบบได โดยใช กระบวนการหรือเคร่ืองจกั รทสี่ ามารถจดั หาได 2. ราคา ราคาของชิน้ สวนสําเร็จรูปเปน ปจจัยในการเลอื กวสั ดุ 3. ความแข็งแรง วสั ดทุ ี่จะใชตอ งมีความแข็งแรงในการรบั นํา้ หนกั หรอื แรงดึง แรงเฉอื น แรง กระแทกตา ง ๆ โดยไมแตกหกั เสียหายชํารดุ 4. ความคงรูปเมือ่ รบั รับแรง ถาชน้ิ สวนตา งรับแรง รับน้าํ หนกั จะตอ งไมย ดึ หรอื บดิ หดตัวจนเสียรูป เกิดพิกดั ทอี่ อกแบบไว 5. ความคงทนตอ สภาพแวดลอม วสั ดุทใ่ี ชจะตองสามารถคงรูปหรอื รกั ษาสมบัตไิ วเ มอื่ สภาพแวดลอ ม เปลี่ยนแปลง เชน อณุ หภมู สิ ูง ความช้นื สูง เปนตน 6. อายกุ ารใชงานและอายุการเก็บรักษา ช้ินสวนตา ง ๆ มอี ายุการใชง านทจ่ี ะเสื่อมสภาพไปตามเวลาที่ ใช ดงั นัน้ จงึ ตองมกี ารบาํ รุงรกั ษาในชว งเวลาทกี่ าํ หนด

วิชา : วสั ดชุ างอตุ สาหกรรม ใบเน้ือหา 16/16 หนวยการเรียนท่ี 1 : ท่มี าของวสั ดอุ ตุ สาหกรรม 7. สมบตั ใิ นการใชง าน ผลิตภัณฑบางอยา งมีความตองการวัสดุทีม่ ีสมบัตพิ ิเศษในการใชง านเฉพาะ อยา ง 8. ผลกระทบกับสง่ิ แวดลอม ถือวา มีความสาํ คัญอยางหนง่ึ ในการเลอื กใชว ัสดุในสมยั ปจจบุ ัน 9. การกาํ จัดของเสยี วัสดุตา ง ๆ มีของเสียทั้งระหวา งกระบวนการผลิต ระหวา งใชง านและเม่ือเลกิ ใช แลว ดงั นน้ั จะตอ งคิดใหร อบคอบวาจะนาํ ของเสียเหลานัน้ ไปกําจดั ทใี่ ด รวมทัง้ วธิ กี ารกําจดั และคา ใชจายดวย การเก็บและบาํ รุงรักษาวัสดุ วสั ดทุ ใ่ี ชใ นงานอุตสาหกรรมลว นแลวแตม ีราคาคอนขางสูง และอาจเส่อื สภาพได หากมีการเก็บ รักษาทีผ่ ดิ วิธี ดังน้ันการเก็บและบาํ รงุ รักษาวัสดุท่ถี กู วธิ พี จิ ารณาไดดงั นี้ 1. เก็บไวเ ปน ทีเปนหมวดหมู วัสดปุ ระเภทเดยี วกันควรจะเกบ็ ไวใกลก ันเพอื่ ความสะดวกตอการนาํ ไปใชง านและจดั เก็บรักษา เชน ทาํ ชน้ั หรือาตูเ กบ็ วัสดพุ รอมรายละเอียดของวสั ดุ 2. จัดหาและหมุนเวยี นวัสดุที่ใช เมื่อใชวสั ดไุ ปจาํ นวนหน่งึ จะตองจดั หามาเพ่มิ เติมเพ่ือไมใ หข าด เม่ือตองการ และจะตองหมุนเวียนวัสดเุ กา ในสตอกเอาไปใชกอนแลว เอาวัสดใุ หมม าแทนที่ 3. จัดการปองกนั การสึกหรอ สึกกรอ น หรอื สนิม 3.1 วสั ดุประเภทเหลก็ จะตองมีการเคลือบน้ํามนั กันสนมิ ทีผ่ วิ 3.2 วสั ดปุ ระเภทไมจ ะตองระวงั ความชน้ื ซึง่ ทําใหผ หู รือมมี อดแมลงมากัดกนิ 4. เตรียมปองกันเพลงิ ไหม ควรแยกวสั ดุไวไฟออกเกบ็ ไวตางหากในท่ซี ึ่งมีการปองกนั เพลงิ ไหม ไวอ ยา งดี 5. ตรวจสอบอายุการเก็บรักษาวัสดุ 5.1 วสั ดุทีม่ อี ายุการเกบ็ รักษาสนั้ จะตองไมซ อ้ื มาเกบ็ ไวใ นสตอกมากนกั ควรหมุนเวยี นซื้อเปน ชว ง ๆ