صنابع فولاد یکی از مهمترین صنایع مادر در کشور است که تولیدات حاصل از آن در صنایع دیگر کاربردهای بسیاری دارد. در این مطلب به معرفی 4 روش تولید فولاد میپردازیم. در دوره حاضر برخی از روشهای ساخت فولاد رایجتر است و برخی دیگر به مرور و با پیدایش روشهای جدید به سمت منسوخ شدن میرود. با ما در روشهای تولید و مراحل ساخت فولاد همراه شوید.
شهر استیل عرضه کننده انواع محصولات استنلس استیل با بهترین قیمت بازار است در ادامه با ما همراه باشید.
مقدمه ای در چیستی و نحوه ساخت فولاد
شناخت روش تولید فولاد مهم است زیرا این فلز جایگاهی بیمانند در صنایع جهان دارد. میزان تولید جهانی فولاد 20 میلیارد تن است و ارزش این تولید سالانه به بیش از 200 میلیارد دلار میرسد. 36 کشور به عنوان فعالترین کشورها در تولید فولاد شناخته میشوند و حدود 96 درصد از حجم تولید جهانی مربوط به این کشورها است.
سردمدار این عرصه کشور چین است که بیش از پانصد میلیون تن در سال فولاد تولید میکند. از کشورهای دیگر میتوان ژاپن و روسیه را مثال زد؛ این دو به همراه چین صاحب سهم چهل درصدی از تولید فولاد در جهان هستند. در رابطه با این مطلب پیشنهاد میشود مقاله فولاد چیست را مطالعه نمایید.
فولاد آلیاژی ترکیبی است که مهمترین اجزای آن را آهن و کربن تشکیل میدهند. عناصر دیگری در مراحل ساخت فولاد به آن اضافه میشوند که در نهایت میتوانند آلیاژهایی گوناگون با ویژگیها و کاربردهای خاص پدید آورند.
طیف وسیعی از صنایع به فولاد وابستهاند. میتوان از حوزههایی چون ساختوساز، حملونقل، انرژی، تولید مواد غذایی، تأمین آب و تولید تجهیزات پزشکی به عنوان مهمترین آنها یاد کرد. هریک از این حوزهها به نوبه خود بسیار گسترده هستند و زیرمجموعههای فراوانی را شامل میشوند.
زنجیره تولید فولاد از معدن و استخراج سنگ آهن آغاز میشود و به فولادسازی (طی جدا کردن ناخالصیها و افزودن ترکیبات لازم) و عملیات نورد میانجامد.
شهر استیل عرضه کننده انواع فولاد ضد زنگ با بهترین کیفیت و مناسبترین قیمت بازار برای دریافت مشاوره خرید و استعلام قیمت ورق استیل از طریق شمارههای درج شده در سایت با کارشناسان مجموعه تماس حاصل فرمایید.
| رتبه | کشور | تولید فولاد خام در سال ۲۰۲۴ (میلیون تن) |
تغییر نسبت به سال ۲۰۲۳ (درصد)
|
| 1 | چین 🇨🇳 | ۱,۰۰۵.۱ | -۱.۷٪ |
| 2 | هند 🇮🇳 | 149.6 | ۶.۳٪ |
| 3 | ژاپن 🇯🇵 | 84 | -۳.۴٪ |
| 4 | ایالات متحده 🇺🇸 | 79.5 | -۲.۴٪ |
| 5 | روسیه 🇷🇺 | 70.7 | -۷.۰٪ |
| 6 | کره جنوبی 🇰🇷 | 63.5 | -۴.۷٪ |
| 7 | آلمان 🇩🇪 | 37.2 | ۵.۲٪ |
| 8 | ترکیه 🇹🇷 | 36.9 | ۹.۴٪ |
| 9 | برزیل 🇧🇷 | 33.7 | ۵.۳٪ |
| 10 | ایران 🇮🇷 | 31 | ۰.۸٪ |
چین همچنان با اختلاف فاحش، بزرگترین تولیدکننده فولاد جهان باقی مانده است و سهمی در حدود نیمی از کل تولید جهانی را در اختیار دارد، هرچند تولید آن در سال ۲۰۲۴ کاهش اندکی داشته است. هند با ثبت رشد قابل توجه ۶.۳ درصدی، جایگاه خود را به عنوان دومین تولیدکننده بزرگ تثبیت کرده و در حال نزدیک شدن به صدر جدول است و ایران با تولید ۳۱.۰ میلیون تن، در میان ۱۰ کشور برتر تولیدکننده فولاد در جهان قرار دارد.
زنجیره تولید فولاد چیست؟
زنجیره تولید فولاد یا به عبارتی مراحل ساخت فولاد یک سیستم پیچیده از فرآیندهای مختلف است که شامل استخراج مواد معدنی، تولید فولاد، فرآوری و توزیع محصولات فولادی است. این زنجیره تامین شامل مراحل زیر است:
- استخراج مواد معدنی: برای تولید فولاد، مواد معدنی مانند سنگ آهن، کک و زغال سنگ استفاده میشود. این مواد در معادن استخراج میشوند و به کارخانههای فولاد فرستاده میشوند.
- تولید فولاد: در این مرحله، مواد معدنی استخراج شده به صورت پودر یا خمیر درآمده و با استفاده از فرآیندهایی مانند کوره آرک الکتریکی، کوره بازی و فرآیند ذوب در کوره قوس الکتریکی، به فولاد تبدیل میشوند.
- فرآوری فولاد: پس از تولید فولاد، باید آن را فرآوری کرد تا به شکل محصولات فولادی نهایی درآید. این فرآیند شامل مراحلی مانند ریختن، کوچک کردن، ورقکشی، پرس کردن و جوش دادن است.
- توزیع محصولات فولادی: پس از فرآوری، محصولات فولادی به صورت ورق، لوله های معمولی و استیل، میلگرد و… تولید میشوند و به فروشگاهها و صنایع مختلف ارسال میشوند.
در کل، مراحل ساخت فولاد یک سیستم پیچیده است که برای تولید و توزیع محصولات فولادی نهایی، به هماهنگی و همکاری بین مختلف شرکای زنجیره تامین نیاز دارد. برای اطلاع از قیمت لوله استیل مانیسمان و سایر انواع لوله از طریق شماره های درج شده با کارشناسان ما در ارتباط باشید.
1. ابتداییترین روش تولید فولاد: کوره باز
روش کوره باز قدیمیترین روش تولید فولاد است که با پیدایش روشهای دیگر به تدریج به سمت منسوخ شدن میرود. تجهیزات ساخت فولاد در این روش از یک کوره مخصوص تشکیل شده است.
میتوان آهن خام را در این کوره طوری قرار داد که ناخالصیهایش با کمک شعلههای باز و محیط گرمی که توسط آنها در کوره ایجاد شده، جدا شود. این کورهها یک بار در روز امکان بارریزی دارند.
بیشتر بخوانید: تفاوت فولاد و آهن
در حال حاضر فناوریهای تازهتری روش تولید فولاد کوره باز را کنار زدهاند. چنین فناوریهایی امکان ساخت فولاد را با هزینه کمتر و در درجات کیفی بالاتر فراهم میکنند.
یکی از دغدغههای مهم صنایع در دوران حاضر کاهش زمان، هزینههای تولید و میزان مصرف انرژی است. علت اینکه روشهای بهروز میتوانند بهراحتی جایگزین روشهای قدیمی شوند، بیشتر به این اهداف مربوط است.
نمیتوان گفت روش کوره باز کاملا منسوخ شده است. قابل انکار نیست که این روش تولید فولاد همچنان در برخی از کشورها رواج دارد؛ اما واقعیتی دیگر این است که از روش کوره باز برای ساخت فولاد در مقیاس کوچک استفاده میشود.
روشهای دیگر مانند بسمر، کوره اکسیژن قلیایی و کوره الکتریکی به دلیل کاهش هزینه و نتیجه نهایی بهتر در ساخت فولاد از روش کوره باز پیشی گرفتهاند.
2. ساخت فولاد به روش بسمر
این روش به دلیل اینکه توسط مخترعی به نام هنری بسمر به ثبت رسیده است (1856 م.)، به نام او خوانده میشود. در روش تولید فولاد بسمر به جای کوره از یک مبدل استفاده میشود. آهن خامی که از کوره بلند به دست آمده است، در کورهای قرار میگیرد که هوا از زیر آن دمیده میشود و آهن را احیا میکند.
نتیجه این دمیدن هوا و احیای آهن، سوختن و اکسیداسیون کربن اضافه و ناخالصیها است که پس از جدا شدن به سرباره انتقال پیدا میکنند. طی فرایند اکسیداسیون ضمن رفع ناخالصیها، گرما با درجه زیاد برای ساخت فولاد حفظ میشود.
در حالی که کوره باز تنها یک بار امکان بارریزی در روز را به ما میداد، در روش تولید فولاد بسمر برای تولید 5 تن فولاد، تنها 12 دقیقه زمان نیاز بود. بنابراین میتوان حدس زد که چه دگرگونی و انقلابی با ابداع این روش در صنعت پدید آمده است.
تنها سرعت و مقدار تولید نبود که این دگرگونی را رقم زد بلکه فولاد تولید شده به این روش از نظر کیفی نیز در جایگاهی بسیار بالاتر از محصول نهایی روش کوره باز قرار داشت.
3. مهمترین روش تولید فولاد: کوره اکسیژن قلیایی (BOF)
روش BOF (Basic Oxygen Furnace) یا کوره اکسیژن قلیایی در حال حاضر مهمترین و رایجترین روش ساخت فولاد است؛ بهطوریکه در حدود هفتاد درصد از فولاد جهان به این روش تولید میشود.
مراحل ساخت فولاد به روش کوره اکسیژن قلیایی به نوعی تکامل روش بسمر محسوب میشود. در حقیقت همان روش بسمر است که به طرزی اساسی بهینهسازی شده است.
نتیجه این بهینهسازی توان تولید 150 تا 200 تن فولاد در هر بارریزی البته به فاصله 45 دقیقه است. این توان در عصر حاضر بسیار مورد نیاز است. ما در زندگی امروز به انواع فولاد از جمله فولاد ضد زنگ (استنلس استیل) با اشکال و گریدهای گوناگون نیازمندیم.
تنها کافی است درباره کاربردهای پروفیل استیل در ساختمانسازی و راهسازی جستوجویی کنید یا گستردگی کاربردهای انواع ورق استیل را در صنایع مختلف بدانید تا شما هم به این نتیجه برسید.
در روش کوره اکسیژن قلیایی برای احیای آهن از اکسیژن خالص استفاده میشود. این کوره از اجزای زیر تشکیل شده است:
- لایه فلزی محفظه مبدل
- دیواره نسوز
- حفره خروج مذاب
- لوله آب خنککننده
- دریچه متحرک
- مبدل گاز خروجی به گازهای بیاثر
مراحل ساخت فولاد به روش کوره قوس الکتریکی
روش کوره قوس الکتریکی یکی از روشهای مدرن ساخت فولاد است که در آن از یک کوره قوس الکتریکی برای ذوب مواد اولیه استفاده میشود. مراحل ساخت فولاد به روش کوره قوس الکتریکی شامل مراحل زیر است:
- جمعآوری مواد اولیه: در این مرحله، مواد اولیه شامل سنگ آهن، کک و آهنگ خرد شده جمعآوری میشوند.
- ذوب مواد اولیه: در این مرحله، مواد اولیه در کوره قوس الکتریکی قرار میگیرند و با استفاده از جریان الکتریکی به حالت ذوب در میآیند.
- تصفیه فولاد: در این مرحله، فولاد از آلایندههای موجود در آن تصفیه میشود. این مرحله شامل فرآیندهایی مانند جداسازی آلایندهها، تصفیه گازهای خروجی کوره و استفاده از روشهای دیگر برای تصفیه فولاد است.
- تغییر خواص فولاد: در این مرحله، خواص فولاد به منظور افزایش خواص آن تغییر داده میشود. برای این منظور، به فولاد عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل و مولیبدن اضافه میشود.
- ریختن فولاد: در این مرحله، فولاد در قالبهای مختلف ریخته میشود. این قالبها شامل قالبهای جامد، قالبهای شناور و قالبهای چدنی هستند.
- خنککردن فولاد: در این مرحله، فولاد به طور کنترل شده خنک میشود تا خواص آن بهینه شود. این مرحله شامل استفاده از روشهای خنککاری مختلف است.
اولین کوره های قوس الکتریکی (EAFs) در اواخر قرن نوزدهم ظاهر شدند. استفاده از EAFs گسترش یافته است و در حال حاضر بیش از 70 درصد از تولید فولاد در ایالات متحده را تشکیل می دهد. EAF با کوره بلند متفاوت است زیرا با استفاده از جریان الکتریکی برای ذوب ضایعات فولادی، آهن احیا شده مستقیم و/یا آهن خام برای تولید فولاد مذاب، فولاد تولید می کند.
تولید فولاد با کیفیت به روش vod
کوره VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) یکی از روشهای مدرن برای تولید فولاد با کیفیت بالا است. در این روش، فولاد در داخل یک کوره واکیوم قرار میگیرد و با استفاده از اکسیژن محیطی و پروسه انتقال جرم، کربن اضافی و آلایندههای دیگر از فولاد جدا میشوند.
شهر استیل عرضه کننده انواع محصولات استنلس استیل از جمله پروفیل استیل، ورق پانچ استیل و انواع ورقهای استیل است. برای دریافت مشاوره رایگان خرید و استعلام قیمت ورق استیل با شماره 68559-021 تماس حاصبل فرمایید.
این روش به دلیل کاهش میزان آلایندهها و کاهش محتوای کربن در فولاد، باعث بهبود خواص مکانیکی و کیفیت نهایی محصول میشود.
برای کنترل کیفیت تولید فولاد با استفاده از کوره VOD، عوامل زیر باید مورد توجه قرار گیرند:
- کنترل دما: دمای مناسب برای فرآیند VOD باید به دقت تنظیم شود تا بهترین نتیجه در تصفیه فولاد حاصل شود. استفاده از سامانههای کنترل دما و سنسورهای حرارتی میتواند در این بخش مفید باشد.
- کنترل جریان اکسیژن: میزان اکسیژن مورد نیاز برای تصفیه فولاد باید به دقت تنظیم شود. استفاده از سامانههای کنترل جریان اکسیژن و سنسورهای محتوای اکسیژن در فولاد میتواند به کنترل دقیقتر فرآیند کمک کند.
- کنترل زمان: زمان لازم برای تصفیه فولاد باید به دقت تعیین شود. استفاده از سامانههای زمانبندی و ساعتهای خودکار در کوره VOD میتواند در این بخش مفید باشد.
- کنترل آلایندهها: میزان آلایندهها در فولاد باید به حداقل رسیده و کنترل شوند. استفاده از روشهای تصفیه مکانیکی و شیمیایی میتواند در این بخش مفید باشد.
- کنترل خواص مکانیکی: خواص مکانیکی فولاد بعد از تصفیه باید به دقت بررسی شوند تا از کیفیت نهایی محصول اطمینان حاصل شود. استفاده از روشهای آزمون غیرمخرب و سنسورهای مکانیکی میتواند در این بخش مفید باشد.
به طور کلی، استفاده از سامانههای کنترل هوشمند و سنسورهای متنوع در کوره VOD میتواند به بهبود کیفیت و کنترل دقیقتر فرآیند تولید فولاد کمک کند.
پس از تولید فولاد مذاب در کورهها، مرحله بعدی ریختهگری پیوسته است که در آن، فولاد مذاب به شمشهای اولیه تبدیل میشود. در این فرآیند، فولاد مذاب از طریق یک محفظه توزیع به قالبهای مسی خنکشونده با آب وارد شده و در حین عبور از آن، به تدریج منجمد میشود. محصول خروجی از این مرحله به سه شکل اصلی است:
- بیلت که سطح مقطع مربعی کوچکی دارد و برای تولید میلگرد و مفتول استفاده میشود
- بلوم که سطح مقطع بزرگتری نسبت به بیلت دارد و برای ساخت تیرآهن و ریل به کار میرود
- اسلب که سطح مقطع مستطیلی و عریضی دارد و ماده اولیه برای تولید انواع ورقهای فولادی است.
این مرحله نقش حیاتی در تعیین شکل و نوع محصول نهایی فولادی دارد. در ادامه، اشاره به تفاوت فولاد و استیل ضروری است. فولاد به آلیاژ آهن و کربن گفته میشود که در برابر زنگزدگی مقاوم نیست. در مقابل، استیل نوعی فولاد است که با افزودن حداقل ۱۰.۵ درصد کروم، در برابر خوردگی مقاوم میشود.
در دنیای استیل، اصطلاح ورق استیل بگیر به فولادهای ضدزنگی اطلاق میشود که خاصیت مغناطیسی دارند و ورق استیل نگیر به فولادهایی گفته میشود که غیرمغناطیسی هستند. این تفاوتها در ترکیب و خواص، کاربردهای هر نوع را به کلی از دیگری متمایز میکند.
The first electric arc furnaces (EAFs) appeared in the late 19th Century. The use of EAFs has expanded and now accounts for over 70 percent of steel production in the United States. The EAF is different from the blast furnace as it produces steel by using an electrical current to melt scrap steel, direct reduced iron, and/or pig iron, to produce molten steel
اولین کورههای قوس الکتریکی در اواخر قرن نوزدهم پدیدار شدند. استفاده از EAFها گسترش یافته و اکنون بیش از 70 درصد از تولید فولاد در ایالات متحده را تشکیل میدهد. کورههای قوس الکتریکی با کوره بلند متفاوت است زیرا با استفاده از جریان الکتریکی برای ذوب قراضه فولاد، آهن اسفنجی و/یا چدن، فولاد تولید میکند تا فولاد مذاب تولید شود.
سهم کورهها در صنعت فولاد جهان
بر اساس آمارهای معتبر انجمن جهانی فولاد، سهم هر یک از روشهای تولید فولاد در سطح جهانی به شرح زیر است:
در حال حاضر، حدود ۷۰ درصد از تولید فولاد جهان به روش کوره اکسیژن قلیایی (BOF) اختصاص دارد. این روش که از سنگ آهن و کک به عنوان مواد اولیه اصلی استفاده میکند، سهم عمدهای در تولید فولاد به ویژه در کشورهایی مانند چین و هند دارد. در مقابل، حدود ۳۰ درصد از تولید فولاد جهان با استفاده از روش کوره قوس الکتریکی (EAF) صورت میگیرد.
این روش که عمدتاً بر پایه استفاده از قراضه و آهن اسفنجی استوار است و در کشورهایی که زیرساختهای بازیافت قویتری دارند یا به دنبال تولید فولادهای آلیاژی و با کیفیت بالاتر هستند، سهم بیشتری دارد. این دو روش در مجموع تقریباً کل تولید جهانی فولاد را به خود اختصاص میدهند و سایر روشها سهم بسیار ناچیزی دارند.
انواع روش تولید فولاد در ایران
تولید فولاد در ایران بر یک استراتژی صنعتی خاص استوار است که آن را از بسیاری از کشورهای صنعتی مجزا میکند. در حالی که روشهای سنتی در مقیاس محدود وجود دارند، مزیتهای انرژی فراوان، ایران را به یکی از پیشگامان استفاده از روشهای نوین در تولید فولاد تبدیل کرده است.
کوره قوس الکتریکی
روش غالب و اصلی تولید فولاد در ایران، استفاده از مسیر احیای مستقیم آهن است که به آن تولید از طریق آهن اسفنجی نیز گفته میشود. این استراتژی به دلیل دسترسی گسترده و ارزان ایران به منابع عظیم گاز طبیعی، بسیار منطقی و اقتصادی است. در این فرآیند، گندلههای سنگ آهن در واحدهای احیای مستقیم توسط گاز طبیعی، بدون نیاز به ذوب، مستقیم به آهن اسفنجی تبدیل میشوند.
سپس این آهن اسفنجی که یک ماده اولیه تمیز و با عیار بالا است، به عنوان خوراک اصلی وارد کوره قوس الکتریکی میشود. کورههای EAF آهن اسفنجی را به همراه مقداری قراضه ذوب کرده و در نهایت فولاد خام تولید میکنند.
تسلط این روش باعث شده است که ایران به یکی از بزرگترین تولیدکنندگان آهن اسفنجی جهان تبدیل شود و بخش عظیمی از تولید فولاد خام کشور از این طریق تأمین گردد.
روش سنتی با کوره بلند
روش سنتی تولید فولاد یعنی مسیر کوره بلند و به دنبال آن کوره اکسیژنی قلیایی نیز در ایران فعال است، اما سهم کمتری در کل تولید دارد. در این روش، که نیازمند زغالسنگ ککشو است، چدن (Iron Pig) تولید میشود و سپس به فولاد تبدیل میگردد.
با این حال، به دلیل محدودیتهای داخلی در منابع زغالسنگ ککشو و لزوم واردات این ماده، و همچنین تلاش برای کاهش انتشار گازهای گلخانهای، توسعه آتی صنعت فولاد ایران همچنان بر محور تکنولوژی احیای مستقیم متمرکز خواهد بود. استراتژی کلان کشور، تکمیل زنجیره ارزش از استخراج سنگ آهن تا تولید محصولات فولادی با ارزش افزوده بالا است تا مزیت رقابتی ایران در هزینههای انرژی حفظ شود و وابستگی به روشهای پرهزینه و آلاینده کمتر گردد.
سخن پایانی
در زنجیره تولید فولاد به روش BOF فلز مذاب در قسمت کف کوره قرار دارد. ممکن است این روش را با نامهایی چون LD یا BOF-LD ببینید. حروف اختصاری L و D از دو کارخانه واقع در لینز و دوناویتز گرفته شده است. مهندسان این دو کارخانه، مراحل ساخت فولاد به روش کوره اکسیژن قلیایی را توسعه بخشیدند. برای خرید محصولات فولادی و استیل حتما از کارشناسان مشاوره رایگان دریافت کنید تا برای خرید ورق استیل 304 و 316 و سایر محصولات استیل، طبق نیاز پروژه بهترین انتخاب را داشته باشید.
