روش های تولید فولاد خام

فولاد یا پولاد، آهنی آلیاژی است که در ترکیبات خود ۰/۰۲۵ تا ۲ درصد کربن داشته باشد. فولادهای آلیاژی همیشه با فلزهای دیگری نظیر: کرم، مولیبدن، چدن، گوگرد و … همراهند. ویژگی هایی نظیر استحکام، قابلیت بازیافت، رنگ پذیری، اتصال سریع و قیمت سبب شده که بیش از ۹۰ درصد تولید جهانی فلزات به انواع فولادها اختصاص یابد. فولادها عمدتا به دو دسته کربنی و آلیاژی طبقه بندی می شوند که روش های تولید فولاد خام در زیر بررسی می گردد.

روش تولید فولاد
در صنایع آهن آلات و ذوب آهن دو روش مرسوم برای تولید فولاد وجود دارد که از هر دو روش در ایران استفاده می شود.

– تولید فولاد در کوره بلند (BF)
کوره بلند دارای ارتفاع ۳۰ تا ۸۰ متری است که دیواره ی داخلی آن از آجر نسوز و دیواره ی خارجی آن از ورق فولادی ساخته می شود. ظرفیت تولید کوره بلند مدرن ۵.۶۵۰.۰۰۰ تن در سال است. به صورت ساده وظیفه کوره بلند احیای اکسیدهای آهن و ذوب آهن خام و تفکیک آن از ناخالصی ها است. برای تولید فولاد در کوره بلند ابتدا سنگ آهن هایی که بر اثر انفجار از معادن استخراج شده اند را با دستگاه سنگ شکن به ابعاد زیر ۲۵ میلی متر تبدیل و سرند می کنند. سپس به همراه کک، سنگ آهک و آگلومره از بالای کوره تزریق می کنند.

در هنگام عملیات ذوب هوای داغ از پایین نیز به داخل کوره دمیده می شود تا سنگ آهن احیا شود. مواد مذاب به دست آمده همان محصول آهن خام است. حاصل فرآیند کوره ی بلند چدن است (Pig Iron) است که دارای خلوص ۹۵ درصدی است. در مرحله بعدی آهن خام در یک مبدل به فولاد مذاب تبدیل می شود، با خروج کربن و سایر ناخالصی های آن به کمک اکسیژن، فولاد خام به دست می آید.

مواد خام ۷ تا ۸ بعد به کف کوره رسیده و محصولات نهایی یعنی چدن مذاب و سرباره تشکیل می شوند. چدن تولید شده در کوره بلند مقرون به صرفه و با کیفیت ترین نوع در بین روش ها به شمار می آید.

– تولید فولاد در کوره قوس الکتریکی ( احیای مستقیم سنگ آهن ) (EAF)
یکی از روش های قابل رشد تولید فولاد استفاده از کوره قوس الکتریکی است که طی آن ابتدا محصولی به نام آهن اسفنجی تولید شده و سپس تبدیل آن به فولاد انجام می گیرد. در این کوره مواد فلزی با استفاده از یک قوس الکتریکی ذوب می‌شود. بدنه‌‌ی کوره، تجهیزات الکتریکی شامل ترانسفورماتور، راکتور و یا الکترود از قیمت های اصلی این کوره محسوب می شوند.

بازیافت و ذوب مجدد آهن قراضه در کوره الکتریکی یکی از ویژگی های این روش است. با توجه به قیمت قراضه که منطبق با قیمت جهانی فلزات است می توان از آهن اسفنجی نیز جهت خوراک کوره اسفاده نمود. آهن اسفنجی از عملیات احیای مستقیم سنگ ‌آهن تهیه می شود که دارای عیار بالا بوده و جایگزین بسیار مناسبی برای قراضه جهت ذوب است.

آهن اسفنجی به دو روش احیای گازی (Gas Based) یا احیای زغال سنگی (Coal Based) تولید می گردد. در کشوری نظیر ایران که سرشار از منابع گازی است روش گازی مرسوم تر است. روش گازی نیز بر پایه مدل هایی نظیر میدرکس و HYL هستند. به طور کلی به دلیل هزینه راه اندازی کمتر و میزان آلایندگی پایینتر احیای مستقیم محبوبیت بالایی دارد.

کوره بلند یا کوره قوس الکتریکی ؟
روش های تولید فولاد خام در بالا بیان شد. لازم است بدانید که حدود ۶۰ درصد فولاد تولید شده در جهان به روش کوره بلند انجام می شود و حدود ۳۰ درصد نیز با روش احیای مستقیم با کوره قوس الکتریکی تولید می شود. کوره بلند برای تناژ بالا توجه اقتصادی دارد.البته راه اندازی کوره بلند هزینه به مراتب بیشتری به روش احیای مستقیم دارد. یکی از مزیت های اصلی ذوب در کوره قوس الکتریکی استفاده از آهن قراضه به عنوان مواد اولیه تولید فولاد است که فرآیند کار را تسریع می بخشد، اما ماده اصلی در کوره بلند، کک است که عمدتا وارتی است.

یکی از محصولات به روش قوسی آهن اسفنجی است که عیار بسیار بالایی نسبت به آهن خام تولید شده در کوره بلند دارد. باید در نظر گرفت که چدن تولیدی در کوره های بلند بهترین و با کیفیت ترین چدن تولیدی هستند. در خروجی کوره بلند به دلیل فعل و انفعالاتی که رخ می دهد آلودگی های زیست محیطی بیشتر از احیای مستقیم در کوره قوسی است.

پروفیل های ساختمانی نظیر میلگرد، ناودانی ،نبشی و انواع تیر آهن IPE را با کمک بازیافت دوباره قراضه در احیای مستقیم با کوره قوسی تولید و به چرخه فروش در می آورند.

تولید کننده گان فولاد در ایران
طبق گزارش انجمن جهانی فولاد در سال ٢٠١٩، تولید فولاد خام ایران نسبت به مدت مشابه سال قبل ٣٠ درصد افزایش یافته است که ١٠ برابر رشد تولید فولاد خام در جهان است. فولاد مبارکه، فولاد کاویان، فولاد خوزستان، گروه ملی صنعتی فولاد ایران، شرکت گروه صنعتی سپاهان، گروه ملی صنعتی فولاد ایران از عمده تولید کنندگان فولاد در کشور هستند. در مسیر هدف چشم ‌انداز سال ۱۴۰۴ در روش های تولید فولاد خام سهم کمی برای تولید با کوره بلند پیش‌بینی شده است و سهم عمده در اختیار روش احیا مستقیم یا قوس الکتریکی است.