فولاد چیست؟
فولاد، کلمه‌ای که با شنیدن آن به یاد جسمی سخت و محکم می‌افتید، اما به هیچ عنوان شکننده نیست. تشابه بین آهن و فولاد به اشتباه در ذهن عموم افراد جا افتاده است، تا جایی که فولاد را یک نوع فلز می‌دانند اما در اصل اینطور نیست. در واقع باید گفت فولاد نوعی آلیاژ است که طی مراحل گوناگون که به زنجیره تولید فولاد موسوم است، تولید می‌شود.
در تعریف دقیق، فولاد آلیاژی از آهن و کربن با مقدار کربن بین 0.002 تا 2.1 درصد است. بااین‌حال، ترکیبات دیگری مانند منگنز، کروم، نیکل و عناصر دیگر می‌توانند در فولاد وجود داشته باشند که خواص آن را تغییر می‌دهند. این میزان کربن در فولادها مهم‌ترین فاکتور محسوب می‌شود. نکته جالب اینجاست که اگر مقدار کربن بیش از 2 درصد شود، آلیاژ ما دیگر فولاد نیست و چدن نام می‌گیرد! چدن‌ها دارای کربن بین 2 تا 4 درصد هستند و به‌دلیل گرافیت آزاد، دارای خواص شکننده‌تری نسبت به فولاد هستند.
با این توصیف حتما به نقش تعیین‌کننده کربن در استحکام فولاد و شکنندگی چدن پی برده‌اید. البته در این آلیاژ مستحکم عناصری مانند: کروم، نیکل، منگنز و… به مقدار متفاوت وجود دارد. آهن، عنصر اصلی آلیاژ فولاد است. در نتیجه می‌توانیم فولادها را یک خانواده بزرگ از آلیاژهای آهنی در نظر بگیریم.
در کل می‌توان گفت:
- آلیاژهایی که مقدار کربن بین 0.002 تا 2.1 درصد دارند، فولاد نامیده می‌شوند
- آلیاژهایی که بیش از 2 درصد کربن دارند عموما چدن نامیده می‌شوند و فرم خام آن را نیز آهن خام می‌نامند.
تولید سالانه فولاد
فولاد آلیاژی مهم است که در صنایع مختلف از کوچکترین ابزارها مانند سوزن خیاطی گرفته تا بزرگترین سازه‌های جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد. اهمیت فولادسازی زمانی برجسته می‌شود که بدانید، طبق گزارش انجمن جهانی فولاد، در سال 2022 مجموعا 1581.5 میلیون تن فولاد خام تولید شده است درحالی‌که تولید آلومینیوم جهان ، فقط 69 میلیون تن بوده است. به‌نقل از Opportimes ایران توانست در همین سال با تولید 30.6 میلیون تن فولاد، جایگاه دهم را به دست آورد.
ورق های فولادی محصول زنجیره تولید فولاد
زنجیره فولاد چیست؟
زنجیره تولید فولاد را می‌توان به بخش‌های بالا، میانی و پایین تقسیم کرد. با توجه به مواد، فولاد را نیز می‌توان به دو دسته «فولاد کربنی» و «فولاد ضدزنگ و فولاد آلیاژی» تقسیم کرد.
بخش ابتدایی زنجیره تولید فولاد کربنی شامل مواد زیر است:
- زغال سنگ
- سنگ آهن
- مواد اولیه ضایعات فولادی
- شمش‌های فولادی بزرگ،کوچک، تخت و غیره است که از مواد اولیه فوق از طریق کوره بلند یا کوره بلند ساخته می‌شود.
بخش میانی شامل نورد سرد و گرم می شود که محصولاتی از این قبیل را به دست می‌دهد:
- ورق‌های فولادی
- کلاف‌های فولادی
- میله‌های فولادی
- میله‌های سیمی
- کلاف‌های فولادی میله‌ای
- انواع فولاد زاویه‌ای
در بخش پایینی می‌توانید طیف گسترده‌ای از محصولات جمله محصولات فلزی، تجهیزات مکانیکی، ابزار حمل و نقل، قالب، پیچ و مهره، سیم و کابل فولادی، تاسیسات صنعتی و پروژه های ساختمانی و غیره را از فولاد تولید کنید.
ساختار زنجیره تولید فولاد ضدزنگ مانند زنجیره فولاد کربنی است، با این تفاوت که صنایع برش و فرآوری و لوله‌سازی از بخش میانی مشتق می‌شود، اما بخش پایانی دقیقا مانند چرخه تولید فولاد کربنی است.
البته باید میان روش‌های تولید فولاد تفاوت قائل شد:
- روش کوره بلند (Blast Furnace – BF) که از سنگ آهن و زغال کک استفاده می‌کند.
- روش احیای مستقیم (Direct Reduced Iron – DRI) که از گاز طبیعی برای احیای سنگ آهن بهره می‌برد.
چرا زنجیره تولید فولاد مهم است؟
تولید فولاد علاوه‌بر تاثیر بر صنعت، اقتصاد و اجتماع راحتی و آسایش را برای انسان ها مهیا کرده است؛ از خانه‌ای که در آن زندگی تا اتومبیلی که با آن رانندگی می‌کنیم. فولاد در برج‌های خطوط برق، خطوط لوله گاز طبیعی، ماشین آلات، سلاح‌های نظامی ما استفاده می‌شود و این لیست بی‌پایان هر روز طولانی‌تر می‌شود.
ما اغلب فولاد را معیاری برای سنجش موفقیت اقتصادی یک کشور می‌دانیم. اگر تولید فولاد بالا باشد، به این معنی است که تقاضا برای فولاد زیاد است، یعنی کشور در حال ایجاد زیرساخت‌ها و رشد اقتصادی است. به همین دلیل وجود زنجیره تولید فولاد امری مهم برای کشورهای توسعه یافته و صد البته در حال توسعه است. در ادامه با مراحل زنجیره تولید فولاد به صورت کامل آشنا می‌شوید.
مراحل زنجیره تولید فولاد
گام اول _ استخراج سنگ آهن از معدن
گام اول در زنجیره تولید فولاد، استخراج سنگ آهن از معدن است. سنگ اهن زیرساخت اصلی تولید فولاد و محصولات فولادی است. در این مرحله بعد از انتخاب مکان ایدئال، حفاری و انفجار شروع می‌شود. سنگ آهن را به کمک تجهیزات و ماشین آلات مختلف استخراج می‌کنند.
گام دوم _ کنسانتره سنگ آهن
کنسانتره به سنگ معدنی می‌گویند که با خرد کردن، آسیاب کردن و حذف ضایعات به اندازه‌های کوچکتری تبدیل می شود.
محصول خروجی از سنگ آهن فرآوری‌شده کنسانتره سنگ آهن است. در اصل می‌توان گفت که بعد از (خرد کردن، آسیاب کردن، جداسازی مغناطیسی، شناورسازی) سنگ آهن برای جداسازی عناصر مضر به مراحل بعدی زنجیره تولید فولاد می‌رود. کنسانتره در این مرحله روی صفحه نمایش طبقه‌بندی می‌شود و بر اساس اندازه به کلوخه و گندله دسته‌بندی می‌شود.
گام سوم _ گندله‌سازی:
در فرآیند گندله سازی از نرمه سنگ آهن و سایر مواد افزودنی گلوله های توپی شکلی تولید می شود که در فرآیند تولید فولاد به نام گندله موسوم است. گندله ماده اولیه در ساخت تولید آهن و فولاد است که حاوی بیش از 63 درصد آهن است. در اصل برای تولید آهن خام به جای کانه‌های آهن دانه ریز، که به این شکل فیزیکی قابل مصرف نیستند از گندله استفاده می‌شود. این نرمه‌ها عملکرد کوره بلند را مختل می‌کنند. همین‌طور در کارخانه احیا نیز اشکالاتی را ایجاد می‌نمایند. بنابراین نرمه‌های آهن را به صورت گندله درمی‌آورند که به عنوان فراورده میانی از معدن تا کوره های تولید آهن و فولاد در نظر گرفته می‌شود.
گام چهارم _ احیا و تولید آهن اسفنجی
احیا مستقیم به فرآیندی گفته می شود که اکسیدهای آهن را به آهن فلزی در دمای زیر نقطه ذوب تبدیل می کند. آهن اسفنجی از این فرایندها به‌دست می‌آید. یک نمونه از آن گرم کردن سنگ آهن در یک کوره در دمای بالای ۸۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد (۱۴۷۰ تا ۲۱۹۰ درجه فارنهایت) در حضور احیاء‌کننده گاز سنتز، ترکیبی از هیدروژن و کربن مونوکسید است.
آهن اسفنجی که به نام آهن احیای مستقیم (DRI) نیز شناخته می‌شود. این ماده از اکسایش-کاهش مستقیم گندله یا نرمه به آهن توسط گاز احیایی یا کربن عنصری تولیدشده از گاز طبیعی یا زغال‌سنگ به‌وجود می‌آید.
فرآیندهای احیای مستقیم تقریباً به دو دسته تقسیم می‌شوند:
- پایه گاز
- پایه زغال سنگ
در هر دو مورد، هدف این فرایند، بیرون راندن اکسیژن موجود در اشکال مختلف سنگ آهن (سنگ اندازه، کنسانتره، گلوله، مقیاس آسیاب، نرمه کوره و غیره) است تا بتواند سنگ معدن را بدون ذوب شدن آن به آهن فلزی تبدیل کند.
گام پنجم _ فرآیند ذوب و تولید شمش فولادی
شمش فولادی از ذوب فلز و سپس اصلاح شکل در قالب ساخته می‌شود. خلوص شمش فولادی مانند اکثر شمش‌ها بسیار بالاست. شمش‌های فولادی یا با ریختن از بالا یا پایین ریختن فولاد مایع در قالب‌ها تولید می شوند. تقاضای فزاینده برای فولادهای باکیفیت منجر به تکامل فناوری ریخته‌گری کف برای ریخته‌گری شمش فولادی شد.
چهار نوع شمش فولادی وجود دارد که از نظر حالت اکسیداسیون با یکدیگر تفاوت دارند:
- کشنده
- نیمه‌کشته
- سرپوش‌دار
- لبه‌دار
هر یک از انواع شمش‌های فولادی در تولید محصولات فولادی کاربرد دارند.
گام ششم _ نورد و تولید مقاطع طویل و ورق فولادی
نورد فرآیند تغییر شکل پلاستیکی در زنجیره تولید فولاد است. این مرحله با عبور فولاد از بین رول ها شروع می‌شود. نورد به عنوان کاهش سطح مقطع قطعه فولادی در حال نورد یا شکل‌دهی کلی محصولات فولادی تعریف می‌شود. این مرحله به دو صورت انجام می‌گیرد و محصولات متفاوتی را به وجود می‌آورد.
- نورد گرم: در آن اسلب های فولادی به محصولات مختلفی مانند صفحه، ورق فولادی، نوار، کلاف، بیلت، سازه ها، ریل ها و لوله ها تبدیل می شود. این روش بیشتر برای ورق‌های ضخیم و سازه‌ای کاربرد دارد.
- نورد سرد: شمش فولاد از این طریق به محصولاتی مانند ریل و میلگردهای تقویتی و غیره که مستقیماً توسط مصرف کنندگان به کار می‌روند، تبدیل می‌شوند. در حالی که سایر محصولات نورد مواد اولیه برای مواردی مانند آهنگری، ورق کاری، سیم کشی، اکستروژن، ماشینکاری و ساخت کاربرد دارند.
نورد فولاد می‌تواند طیف گسترده ای از محصولات را تولید کند. عرض یک محصول نورد می‌تواند از چند میلی متر تا چند متر متغیر باشد در حالی که ضخامت آن از 0.1 میلی متر تا بیش از 200 میلی متر متغیر است. سطح نوردشده می‌تواند مربع، مستطیل، گرد یا سایر اشکال باشد.
میلگرد محصول نهایی زنجیره فولاد
جمع بندی
در دنیای امروز، صنایع فولادسازی در تلاش هستند تا روش‌های جایگزین و پایدارتری تولید کند که زنجیره تولید فولاد را با حداقل آسیب به منابع طبیعی ادامه دهد. در حالی که فولاد یک آلیاژ قوی و بادوام است، تولید آن عمدتاً بر پایه کربن است.
شرکت های فولادی در هند در تلاش هستند تا مسیرهای جایگزینی برای این کار پیدا کنند. در این مسیر اسپادفولاد هم در این مسیر از دوستداران محیط زیست است و تمایل دارد تا با کمترین آسیب به طبیعت محصولات خود را به دست مصرف کنندگان و همکاران گرامی برساند.
پیشاپیش از نظرات شما عزیزان سپاسگزاریم و با کمال افتخار پاسخگوی سوالات شما هستیم…
