تولید فولاد خام در ایران

تاریخچه اولین تلاش برای تاسیس کارخانه آهن و فولاد در کشور، به قبل از 1930 میلادی بر میگردد. بروز جنگ جهانی دوم باعث توقف عملیات ساختمانی پروژه ساخت کارخانه آهن و فولاد در ایران شد. دو دهه پس از آن، دو عامل بهبود اوضاع اقتصادی کشور و نیز افزایش تقاضای داخلی فولاد، زمینه تأسیس اولین کارخانه تولید محصولات فولادی در ایران را فراهم آورد. در این رابطه یک واحد نورد تولید فولادهای ساختمانی در کشور بنا شد که این واحد با واردات محصولات فولادی نیمه تمام و انجام عملیات نورد بر روی آنها، محصولات خود را به بازار عرضه می‌کرد.

در اواسط دهه ۱۳۴۰ شرکت ملی صنایع فولاد ایران برای تولید آهن و فولاد به روش‌های احیای مستقیم تاسیس شد. اولین کارخانه فولادسازی در سال ۱۳۵۰ در اصفهان ساخته و در همان سال به بهره ‌برداری رسید. پس از انقلاب اسلامی در سال ۱۳۵۸ تغییراتی بنیادی در سازمان صنایع فولاد ایران صورت گرفت و شرکت‌های داخلی با یکدیگر ادغام شدند و شرکتی تحت عنوان شرکت ملی فولاد ایران (NISCO) را تاسیس نمودند.

از سال ۱۳۵۸ تا سال ۱۳۷۹ شرکت ملی فولاد ایران به عنوان تنها متولی فولاد کشور فعالیت داشت. در سال ۱۳۷۹ به موجب ماده ۶ قانون تمرکز امور صنعت و معدن و تشکیل وزارت صنایع و معادن (مصوب سال ۱۳۷۹(، سازمان توسعه و نوسازی معادن و صنایع معدنی (ایمیدرو) تاسیس گردید و شرکت های تولید کننده فولاد کشور نظیر شرکت ملی فولاد ایران، شرکت فولاد مبارکه اصفهان، شرکت ذوب آهن اصفهان و شرکت فولاد خوزستان تحت پوشش سازمان مذکور قرار گرفتند.

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 فنآوریهای مختلفی از جمله روش های کوره بلند (BF) ، کوره قوس الکتریکی (EAF) و کوره القایی (IMF) میتوان استفاده کرد.با وجود آنکه بیشتر تولید فولاد خام در جهان به وسیله روش کوره بلند تولید میشود، اما به دلایل متعددی استفاده از روش کورههای الکتریکی مخصوصاً در ایران،توجیه پذیرتر می باشد.

الف – روش کوره بلند (BF) :

شیوه سنتی تولید آهن است که از احیاء غیرمستقیم آهن استفاده می شود. بدین صورت که ابتدا سنگ آهن پس از فرآوری و آگلومره شدن(فرایند پیش پخت و کلوخه سازی سنگ آهن قبل از شارژ به کوره بلند در کارخانههای فولادسازی) به همراه آهک و کک وارد کوره بلند شده و آهن خام یا چدن مذاب (Pig Iron) به دست میآید. در مرحله بعد، آهن خام در یک کانورتر به فولاد مذاب تبدیل شده و پس از حذف کربن و ناخالصیهای دیگر آن به کمک اکسیژن، فولاد خام(Crude Steel) تولید میگردد. فولاد مذاب پس از تخلیه سرباره، توسط پاتیل های حمل مذاب به واحد ریخته گری مداوم ارسال میگردد. در واحد ریخته گری مداوم، مذاب به داخل قالب ریخته شده و در طول مسیر غلطکی با پاشش آب خنک و به شمش منجمد تبدیل می گردد. در نهایت شمش فولادی تولید شده به طول های مورد نظر برش داده می‌شوند.
کارخانه های تولید کننده به این روش: ذوب آهن اصفهان

ب – روش کوره قوس الکتریکی EFA :
در این روش ابتدا آهن قراضه با استفاده از سبدهای مخصوص، داخل کوره قوس الکتریکی ریخته شده و سپس هم زمان با ذوب قراضه ها، ترکیبی از آهن اسفنجی و مواد سرباره ساز مانند آهک، کک، بنتونیتو دیگر مواد افزودنی از قسمت بالای کوره به ذوب افزوده می شود و پس از نمونه گیری، دمش اکسیژن و همگن سازی و همچنین آنالیزهای مختلف به فولاد مذاب تبدیل می گردد .
مخلوط مذاب پس از تخلیه سرباره، توسط پاتیل های حمل مذاب به واحد ریخته گری مداوم ارسال می گردد. در واحد ریخته گری مداوم، مذاب توسط نازل داخل ظروفی به نام تاندیش و سپس داخل قالب مسی آب گرد ریخته شده و در طول مسیر غلطکی با پاشش آب خنک و به شمش منجمد تبدیل می گردد. در نهایت تختال های تولید شده به طولهای مورد نظر برش داده میوند.
آهن اسفنجی (Sponge Iron) یا DRI ، که در تولید شمش فولادی مورد استفاده قرار می گیرد از طریق احیاء مستقیم گندله تولید می شود .
کارخانه های تولید کننده به این روش: فولاد مبارکه، فولاد خوزستان، چادرملو

ج- روش کوره القایی IMF :

با فرکانس بالا به طور گسترده ای برای تولید فولاد ابزار (فولاد ریخته گری) مورد استفاده قرار می گیرد . ذوب شامل قراضه انتخاب شده با کربن مشخص است . قراضه در محفظه ای استوانه ای از مواد نسوز (بوته) قرار می گیرد که توسط یک سیم پیچ القایی خنک شونده با آب احاطه شده است . جریان متناوب با فرکانس بالا از سیم پیچ عبور می کند و باعث ایجاد میدان مغناطیسی متناوب در داخل مذاب می شود که گرمای شدیدی تولید می کند و همچنین دارای اثر همزنی هم می باشد . نه تنها دستیابی به دمای بالا ممکن است ، بلکه کنترل دقیق دما هم امکان پذیر می باشد.ظرفیت کوره القایی از کمتر از یک کیلوگرم تا بیست تن متغیر است و از آن برای ذوب کردن چدن و فولاد ،مس آلومینیوم و فلزات گرانبها استفاده می شود . یکی از اشکالات عمده استفاده از کوره القایی در یک کارخانه ریخته گری نبود قابلیت تصفیه آن است؛ مواد شارژ باید عاری از محصولات اکسیداسیون بوده و ترکیب شناخته شده ای داشته باشند و برخی از عناصر آلیاژی به دلیل اکسیداسیون ممکن است از دست برود (و باید دوباره به مذاب اضافه شوند).
کلیه کارگاه های کوچک و بزرگ کشور در سطح کشور از این روش استفاده کرده و محصول تولید می کنند.

روش تولید انواع شمش فولادی:
۱ – فابریک : ریخته گری پیوسته CCM فولاد یعنی شکل دهی پیوسته و مستقیم فولاد مذاب به مقاطع فولادی نیمه نهایی مانند بلوم، بیلت و اسلب که در نتیجه تولید گندله و پس از آن نورد آن در واحدهای نورد اولیه حذف می گردد. ریخته گری مداوم یکی از مهمترین فرایندهای تولید ابداع شده در دنیا در صنعت فولاد سازی است که نتایجی از قبیل بهبود در کیفیت، راندمان، بهره وری و صرفه اقتصادی را در محصولات فولادی به همراه داشته است. امروزه بالغ بر ۵۵٫۵ درصد از تولید فولاد خام جهانی از این روش تولید می شود .
۲ – دستی(ریختگی)
انواع محصولات نیمه آماده فولادی:
۱- شمش (Ingot) : طول این محصول کمتر از ۲ 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.
۲- بیلت یا شمشال (Billet) : بیلت بر خلاف شمش طویل است و سطح مقطع آن دایره یا مربعی با عرضی کمتر از ۱۵سانتیمتر (یا سطح مقطع کوچک‌تر از ۲۳۰ سانتیمتر مربع ) می باشد. بیلت از طریق ریخته‌گری مستقیم، اکستروژن (بیرون رانی) و یا از طریق نورد شمش بدست می‌آید. از بیلت بیشتر برای تولید میلگرد و سیم استفاده می‌شود.
۳- بلوم یا شمشه (Bloom) : اگر عرض بیلت ( شمشال ) بیش از ۱۵سانتیمتر (یا سطح مقطع بیش از ۲۳۰سانتیمتر 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، قوطی، ناودانی، سپری و … استفاده می‌شود. در ادامه به معرفی اسلب می پردازیم تا تفاوت بیلت با اسلب مشخص گردد.
۴- سلب یا اسلب یا تختال : (Slab ) سطح مقطع اسلب بر خلاف بلوم و بیلت مربعی نیست بلکه مستطیلی است (معمولاً به ضخامت ۲۳۰ میلیمتر و عرض ۱٫۲۵ متر و طول ۱۲ ) . از اسلب برای ساخت ورقهای فولادی، صفحه و … استفاده می‌شود. نکته : 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.

طبق تعاریف بالا می توان نتیجه گرفت که تفاوت این ۴ محصول در شکل مقطع و ابعاد آن می باشد.