فولاد، کلمه‌ای که با شنیدن آن به یاد جسمی سخت و محکم می‌افتید؛ اما شباهت میان آهن و فولاد باعث شده این دو در ذهن عموم افراد یکسان تصور شوند. در واقع، فولاد آلیاژی بر پایه آهن است که طی مجموعه‌ای از فرایندهای به‌هم‌پیوسته تولید می‌شود؛ مجموعه‌ای که از آن با عنوان زنجیره تولید فولاد یاد می‌کنیم.
زنجیره تولید فولاد از استخراج سنگ‌آهن آغاز می‌شود و با فرآوری مواد معدنی، تولید مواد اولیه آهن‌دار، فولادسازی و ریخته‌گری ادامه پیدا می‌کند. در ادامه، محصولات نیمه‌نهایی مانند بیلت، بلوم و اسلب در واحدهای نورد و فرایندهای تکمیلی به محصولات فولادی تبدیل می‌شوند.
در این مقاله، مراحل زنجیره تولید فولاد را از استخراج سنگ‌آهن تا تولید فولاد و محصولات فولادی، به‌ترتیب بررسی می‌کنیم.
زنجیره فولاد چیست؟
زنجیره فولاد مجموعه‌ای از فعالیت‌ها و فرایندهایی است که از استخراج و فرآوری مواد اولیه آغاز می‌شود و پس از تولید آهن، فولاد و محصولات نیمه‌نهایی، به تولید محصولات فولادی و کاربردهای نهایی می‌رسد. این زنجیره را می‌توان به بخش‌های بالادست، میانی و پایین‌دست تقسیم کرد.
زنجیره بالادست تولید فولاد
بالادست زنجیره فولاد شامل فعالیت‌هایی است که مواد اولیه مورد نیاز برای تولید فولاد را آماده می‌کنند. این بخش از استخراج سنگ‌آهن آغاز می‌شود و شامل فرآوری سنگ‌آهن و تولید کنسانتره، گندله‌سازی و در مسیرهای احیای مستقیم، تولید آهن اسفنجی است. در مسیر کوره بلند نیز سنگ‌آهن پس از آماده‌سازی و همراه با مواد کربنی وارد فرایند تولید آهن خام می‌شود.
بخش میانی زنجیره فولاد (فولاد میانی)
بخش میانی زنجیره فولاد شامل فولادسازی و تولید محصولات نیمه‌نهایی است. در این مرحله، آهن اسفنجی، آهن خام، قراضه فولادی یا ترکیبی از مواد آهن‌دار در واحد فولادسازی به فولاد مذاب تبدیل می‌شوند. سپس فولاد مذاب در واحد ریخته‌گری به محصولاتی مانند بیلت، بلوم و اسلب تبدیل می‌شود. این محصولات، مواد اولیه اصلی بسیاری از واحدهای نورد و تولید محصولات فولادی هستند.
پایین‌دست زنجیره فولاد
پایین‌دست زنجیره فولاد شامل فرایندهایی است که محصولات نیمه‌نهایی را به محصولات فولادی قابل استفاده در صنایع مختلف تبدیل می‌کنند. نورد گرم و سرد، تولید مقاطع طویل، ورق و کلاف فولادی و برخی فرایندهای تکمیلی در این بخش قرار می‌گیرند. محصولات این بخش در صنایعی مانند ساختمان، خودروسازی، لوازم خانگی، تجهیزات صنعتی، انرژی و زیرساخت مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مسیر دقیق زنجیره تولید فولاد به نوع ماده اولیه، فناوری تولید و محصول نهایی بستگی دارد. دو مسیر اصلی تولید فولاد در جهان، مسیر کوره بلند ـ کوره اکسیژن پایه (BF-BOF) و مسیر کوره قوس الکتریکی (EAF) هستند. در مسیر EAF، آهن اسفنجی و قراضه فولادی می‌توانند به‌عنوان مواد اولیه فولادسازی مورد استفاده قرار گیرند.
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
در ادامه، شش گام اصلی زنجیره تولید فولاد را از استخراج سنگ‌آهن تا تولید محصولات فولادی بررسی می‌کنیم.
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
پس از استخراج سنگ‌آهن، ماده معدنی برای افزایش عیار و حذف بخشی از باطله‌ها وارد واحد فرآوری می‌شود. این فرایند می‌تواند شامل خردایش، آسیاب‌کردن، جدایش مغناطیسی و سایر روش‌های جدایش متناسب با نوع کانسنگ باشد.
محصول این مرحله، کنسانتره سنگ‌آهن است که نسبت به سنگ خام، عیار آهن بالاتری دارد و برای ورود به مراحل بعدی زنجیره فولاد آماده می‌شود.
کنسانتره سنگ آهن می‌تواند به‌عنوان خوراک واحد گندله‌سازی استفاده شود. در گندله‌سازی، ذرات ریز کنسانتره همراه با مواد افزودنی به گلوله‌های مناسب برای استفاده در واحدهای احیا مستقیم یا کوره بلند تبدیل می‌شوند.
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.
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 حدود 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
احیای مستقیم فرایندی است که در آن اکسیژن موجود در اکسیدهای آهن، بدون ذوب کامل ماده، حذف می‌شود و آهن فلزی به دست می‌آید. محصول این فرایند، آهن احیای مستقیم یا آهن اسفنجی (DRI) است.
در مسیر احیای مستقیم، گندله یا سایر مواد آهن‌دار مناسب، در حضور عامل احیاکننده قرار می‌گیرند. عامل احیاکننده می‌تواند بر پایه گاز یا زغال‌سنگ باشد و ترکیب و فناوری آن به نوع فرایند احیای مستقیم بستگی دارد.
هدف اصلی این فرایند، حذف اکسیژن از اکسیدهای آهن و تبدیل آن‌ها به آهن فلزی بدون رسیدن به مرحله ذوب کامل است. آهن اسفنجی حاصل از این مرحله می‌تواند در واحد فولادسازی، به‌ویژه کوره قوس الکتریکی، به‌عنوان یکی از مواد اولیه تولید فولاد مورد استفاده قرار گیرد.
گام پنجم _ فرآیند ذوب و تولید شمش فولادی
در این مرحله، آهن خام، آهن اسفنجی، قراضه فولادی یا ترکیبی از مواد آهن‌دار در واحد فولادسازی به فولاد مذاب تبدیل می‌شوند. نوع ماده اولیه و تجهیزات مورد استفاده به مسیر تولید فولاد بستگی دارد.
در مسیر کوره بلند، آهن خام تولیدشده در کوره بلند به واحد فولادسازی منتقل و با استفاده از فرایند اکسیژن‌زدایی و تنظیم ترکیب شیمیایی به فولاد تبدیل می‌شود. در مسیر احیای مستقیم، آهن اسفنجی و قراضه معمولاً در کوره قوس الکتریکی ذوب و فولادسازی می‌شوند.
پس از تولید فولاد مذاب، ترکیب شیمیایی و دمای آن برای ریخته‌گری تنظیم می‌شود. سپس فولاد مذاب در واحد ریخته‌گری پیوسته به محصولات نیمه‌نهایی مانند شمش فولادی (بیلت، بلوم) و اسلب تبدیل می‌شود. بیلت بیشتر برای تولید محصولاتی مانند میلگرد و مفتول به‌کار می‌رود. بلوم برای تولید برخی مقاطع و محصولات خاص استفاده می‌شود و اسلب ماده اولیه اصلی بسیاری از محصولات تخت فولادی است.
گام ششم _ نورد و تولید مقاطع طویل و ورق فولادی
نورد فرآیند تغییر شکل در زنجیره تولید فولاد است که در آن محصولات نیمه‌نهایی مانند بیلت، بلوم و اسلب با عبور از میان غلتک‌ها تغییر شکل می‌دهند و به محصولات فولادی با ابعاد و خواص موردنظر تبدیل می‌شوند.
- نورد گرم: فولاد در دمای بالا تغییر شکل می‌دهد. محصولات این فرایند شامل انواع ورق گرم، کلاف گرم، میلگرد، مفتول، تیرآهن، نبشی، ناودانی، ریل و برخی مقاطع فولادی هستند.
- نورد سرد: معمولاً پس از نورد گرم محصولات تخت انجام می‌شود و با کاهش ضخامت و کنترل دقیق ابعاد و سطح، محصولاتی مانند کلاف و ورق سرد تولید می‌کند. برخی محصولات نورد سرد نیز پس از عملیات تکمیلی مانند آنیلینگ، پوشش‌دهی یا رنگ‌آمیزی به بازار عرضه می‌شوند.
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. در نتیجه، نوع محصول نهایی به شکل محصول نیمه‌نهایی، مسیر نورد و عملیات تکمیلی پس از نورد بستگی دارد.
تولید سالانه فولاد
فولاد یکی از مهم‌ترین مواد اولیه و محصولات صنعتی در جهان است و در صنایع مختلفی مانند ساختمان، خودروسازی، انرژی، حمل‌ونقل و تجهیزات صنعتی کاربرد دارد. اهمیت این صنعت را می‌توان از حجم بالای تولید فولاد خام در جهان نیز مشاهده کرد.
بر اساس آمار انجمن جهانی فولاد (World Steel Association)، در سال ۲۰۲۵ حدود ۱٬۸۴۸٫۹ میلیون تن فولاد خام در جهان تولید شده است. ایران نیز با تولید حدود ۳۲ میلیون تن فولاد خام، در رتبه دهم تولیدکنندگان فولاد جهان قرار داشته است.
جمع بندی
زنجیره تولید فولاد مجموعه‌ای از فرایندهای به‌هم‌پیوسته است که از استخراج و فرآوری سنگ‌آهن آغاز می‌شود و پس از تولید مواد اولیه آهن‌دار، فولادسازی و ریخته‌گری، به تولید محصولات فولادی می‌رسد.
در بخش بالادست، سنگ‌آهن استخراج و پس از فرآوری به کنسانتره و سپس گندله تبدیل می‌شود. در مسیر احیای مستقیم، گندله به آهن اسفنجی تبدیل می‌شود و در مسیر کوره بلند، آهن خام تولید می‌شود. در بخش میانی، مواد اولیه آهن‌دار در واحد فولادسازی به فولاد مذاب تبدیل و سپس در واحد ریخته‌گری به محصولاتی مانند بیلت، بلوم و اسلب تبدیل می‌شوند. در بخش پایین‌دست نیز این محصولات نیمه‌نهایی از طریق نورد و فرایندهای تکمیلی به محصولات فولادی مانند میلگرد، تیرآهن، ورق، مفتول و سایر مقاطع تبدیل می‌شوند.
