کلیات

صنعت فولاد ایران به‌خاطر نقش مهم فولاد در توسعه صنعتی و رشد اقتصادی کشورها، از اولویت بالایی در برنامه‌های توسعه‌ای کشور برخوردار است. فولاد مفیدترین، ارزانترین و پراستفاده‌ترین فلز و نیز مهمترین محصول ساختمانی و مهندسی در جهان است. از همین جهت، صنعت فولاد نیز هواخواهان زیادی در بازار سرمایه دارد.

زنجیره تولید در ساخت محصولات فولادی

فولاد خام یک آلیاژ آهن و کربن است که از منابع طبیعی فراوان و از مواد بازیافت شد‌ه تولید می‌شود که حاوی 99.2 درصد آهن است. مهمترین ماده اولیه برای تولید فولاد، سنگ آهن است که در زنجیره تولید، با فرآیند ذوب و احیا آهن از آن جدا می‌شود. سنگ آهن پس از تبدیل به کنسانتره و سپس گندله و در نهایت به فولاد تبدیل می‌شود.

در اولین مرحله، سنگ آهن، به سنگ آهن دانه‌بندی شد‌ه یا به کنسانتره تبدیل می‌شود. اگر این فرآیند به صورت خشک و بدون آب صورت بگیرد و سپس از روش‌های جدایش فیزیکی (به روش مغناطیسی) سنگ آهن پرعیار از باطله کم عیار جدا شود، سنگ آهن دانه‌بندی شد‌ه بدست می‌آید که قابل استفاده در سیستم احیای مستقیم نیست اما در کوره بلند می‌توان از آن استفاده کرد. کنسانتره از روش‌های پیشرفته‌تر و مدار پیچیده‌تری تولید می‌شود که از واحدهای خردایش، آسیاب کنی، پرعیارسازی و آبگیری تشکیل شد‌ه است.

گندله که ماده اولیه برای تولید آهن خام است به گلوله‌های تولید شد‌ه از نرمه سنگ آهن و سایر مواد افزودنی گفتـه می‌شود که نخست خام و سپس پخته‌شده و سخت می‌شود. برای این‌کار، از روش سنتی تولید آهن در کوره بلند یا روش‌های متعدد احیای مستقیم استفاده می‌شود. در هنگام تولید گندله خام ممکن است مواد افزودنی و چسبنده مانند هیدروکسید کلسیم برای افزایش کیفیت و ویژگی متالورژیکی مکانیکی گندله به آن اضافه شود. در ادامه به آهن اسفنجی تبدیل می‌شود.

آهن اسفنجی خوراک با عیار بالا برای ساخت آهن و فولاد است. آهن اسفنجی پس از ذوب و احیا در فولادسازی، در فرآیند ریخته‌گری به شکل محصولات مورد نیاز در می‌آید از جمله اسلب (تختال)، بیلت (شمش) و میلگرد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در ادامه، به مقایسه هرکدام از محصولات فولاد نیمه ساختـه می‌پردازیم.

انواع محصولات در صنعت فولاد

همانطور که می‌دانید در صنعت فولاد محصولات مختلفی تولید می‌شود. مهم‌ترین محصولادی فولادین شامل موارد زیر هستند:

1) شمش

 طول این محصول کمتر از 2 متر است و ابعاد آن برای حمل و نقل فولاد و انبار کردن آن بهینه شد‌ه است. شکل سطح مقطع عرضی آن ذوزنقه شکل است.

2) بیلت

 برخلاف شمش طویل است و سطح مقطع آن دایره یا مربعی با عرضی کمتر از 15 cm است. از بیلت بیشتر برای تولید میلگرد و سیم استفاده می‌شود.

3) بلوم

اگر عرض بیلت بیش از 15cm (یا سطح مقطع آن بیش از 230 سانتی متر مربع) باشد آن را بلوم می‌نامند و به همین دلیل معمولاً این دو کالا را در یک دسته (بلوم و بیلت) جای می‌دهند. از بلوم برای ساخت ریل، تیر آهن و قوطی استفاده می‌شود.

4) تختال یا اسلب

 سطح مقطع اسلب بر خلاف بلوم و بیلت مربعی نیست بلکه مستطیلی است. از اسلب برای ساخت ورق‌های فولادی و صفحه استفاده می‌شود.

5) ورق فولادی

 نوع مسطح فلز آهن است که کاملا صاف و صیقلی است که به دو شکل رول فرم و شیت فرم (برش‌شده) تولید و به بازار عرضه می‌گردد. در تولید ورق از دو نوع تکنولوژي مختلف استفاده می‌شود که نام‌های نورد سرد و نورد گرم به آنها اطلاق می‌شود که محصول نهایی به ترتیب ورق روغنی و ورق سیاه خواهد بود.

تولید ورق با تکنولوژی نورد گرم به این معناست که مواد اولیه تولید ورق در دمای بسیار بالا ذوب‌شده و در طی این فرآیند ورق ظاهری مات به خود می‌گیرد و به دلیل رنگ ظاهری آن در بازار از اصطلاح ورق سیاه برای آن استفاده می‌شود. فولادهای نورد گرم معمولا کیفیت کمتری نسبت به فولادهای نورد سرد دارند.

هنگامی‌که دمای فولاد کاهش پیدا می‌کند، حجم آن نیز کم می‌شود. بنابراین میزان کنترل برای تغییر سایز و شکل فولاد در دمای بالا در مقایسه با نورد سرد کمتر است ورق روغنی (ورق سرد) از ورق سیاه ( ورق گرم ) تولید می‌شود. ورق سیاه ابتدا اسیدشویی می‌شود که پولک‌های سطحی ورق که سیاه رنگ است زدود‌ه شود و سپس طی چندین مرحله نوردکاری سرد تبدیل به ورق روغنی می‌شود. مثلا برای تولید ورق روغنی به ضخامت 2 میلیمتر از ورق سیاه ضخامت 3 میلیمتری استفاده می‌شود.

روش های تولید فولاد بر اساس تکنولوژی ساخت

امروزه فن آوری‌های مورد استفاده در تولید محصولات فولادی در مراحل بعد از به دست آورد‌ن فولاد مذاب یعنی ریخته‌گری و نورد، کم و بیش یکسان است. اما برای به دست آورد‌ن فولاد مذاب یا خام، از فن آوری‌های مختلفی می‌توان استفاده کرد. روش‌های تولید فولاد خام به دو طریق زیر است:

1- روش کوره بلند و تولید فولاد در کانورترهای اکسیژنی (احیای غیرمستقیم)

در این روش که شیوه سنتی تولید است، از احیای غیرمستقیم آهن استفاده گردید‌ه، سنگ آهن دانه‌درشت و سنگ آهن پس از فرآوری و تبدیل به آگلومره به همراه آهک و کک وارد کوره بلند شد‌ه، آهن خام یا چدن مذاب به دست می‌آید. کک زغال سنگ یکی از مواد خام مورد نیاز کارخانه‌های فولادسازی کوره بلند است. در مرحله بعد آهن خام در یک کانورتر به فولاد مذاب تبدیل گردید‌ه، کربن و ناخالصی‌های دیگر آن به کمک اکسیژن خارج و فولاد خام تولید می‌گردد. هدف اصلـی بخش کـوره بلند تولیـد چدن مذاب جهت استفـاده در بخش فولادسـازی است. ذوب آهن اصفهان از این روش استفاده می‌کند.

2- روش کوره های الکتریکی از قبیل قوس الکتریکی (احیای مستقیم)

روش دوم تولید فولاد، استفاده از کوره‌های الکتریکی و ذوب مجدد قراضه آهن و فولاد است. به دلیل کمبود منابع قراضه در جهان و نیز رشد فزاینده قیمت آن در طول سال‌های گذشته، در این روش می‌توان به همراه قراضه از آهن اسفنجی نیز برای ذوب در کوره استفاده نمود. به عنوان مثال، مجتمع فولاد جنوب از این روش استفاده می‌کند.

عمده‌ترین تفاوت دو روش تولید فولاد، در انرژی مصرفی برای تولید محصول است که در احیاء مستقیم از گاز طبیعی استفاده می‌شود اما در کوره بلند زغالسنگ تبدیل به کک‌شده و از آن بهره می‌گیرند.

ضریب تبدیل مواد در صنعت فولاد

اینکه چه میزان سنگ آهن به کنسانتره یا سنگ دانه‌بندی تبدیل شود بستگی به عیار سنگ آهن دارد. برای این منظور و بدست آورد‌ن مقدار تولیدی هر محصول از ضریب تبدیل استفاده می‌شود.

کانی‌های معدنی رایج سنگ آهن عبارتند از هماتیت که 70 درصد آهن داشتـه و مگنتیت که 72 درصد آهن دارد. به طور کلی، اگر سنگ آهن 50 درصد هماتیت را به دانه‌بندی تبدیل کنند، این نسبت 1.35 است. در مقابل، اگر سنگ آهن پرعیار مگنتیت را به کنسانتره تبدل کنند نسبت تبدیل 1.54 است.

در فرآیند تبدیل کنسانتره به گندله نسبت تبدیل 1 به 1 است. به شرط آنکه همه چیز نرمال باشد می‌توان گفت تبدیل کنسانتره به گندله نوعی تغییر شکل سنگ آهن است. لذا یک تن کنسانتره به یک تن گندله تبدیل می‌شود. در صورتی‌که فرض شود گندله مصرفی برای تبدیل به آهن اسفنجی عیار68 درصد براي تولید یک تن اسفنجی به 1.46 تن گندله نیاز است. با این حال، تفاوت در گندله می‌تواند این نسبت را به صورت بسیار جزئی تغییر دهد. همچنین براي تولید یک تن شمش فولاد خالص نیاز به 1.14 تن آهن اسفنجی وجود دارد. برخی تولید کنندگان به جای آهن اسفنجی از قراضه فولاد نیز استفاده می‌کنند.