تولید آهن و فولاد

اصطلاح فولاد یا پولاد برای آلیاژهای آهن که بین ۰٫۰۰۲ درصد تا ۲٫۱ درصد وزن خود کربن دارند بکار می‌رود. خواص فولاد به درصد کربن، عناصر آلیاژی و عملیات حرارتی قابل کنترل است. برای ساختن فولاد، دو روش عمده وجود دارد. روش اول استفاده از آهن اسفنجی و کوره‌های قوس الکتریکی برای ذوب آهن اسفنجی و سپس آلیاژسازی است.

این مقاله فاقد شکل و جداول مربوطه است و صرفا دارای توضیحات می باشد

روش دوم استفاده از آهن خام (آهن تولید شده در فرایند احیای غیرمستقیم) و سوزاندن کربن اضافی آن است. طی این فرایند میزان کربن آهن خام از بازهٔ ۵٫۳ تا ۶ به ۲٫۰ تا ۱٫۵ درصد وزنی کاهش می‌یابد، سپس عناصر دیگر در آن افزوده می‌شوند تا ترکیب مورد نظر بدست آید.

استحکام فولاد با میزان کربن محلول به شدت افزایش می‌یابد اگرچه این افزایش استحکام با کاهش جوش‌پذیری و افزایش احتمال شکست ترد همراه است. استحکام فولادهای فریتی (فرومغناطیس) رابطه معکوسی با شکل‌پذیری دارد. تلفیق استحکام و شکل‌پذیری با پایدارسازی فاز آستنیت (پارامغناطیس) در فولادهای مدرن چندفازی قابل بهبود است.

با توجه به تنوع موارد استفاده فولاد در دنیا و گسترده شدن دایره مصرف فولاد با پیشرفت تکنولوژی، تولید فولاد و نیز همگام با پیشرفت تکنولوژی تغییرات بسیاری داشته‌است، که در پی این تغییرات تولیدکنندگان سعی در بالا بردن بهره‌وری و استفاده از انرژی و سوخت‌های ارزان‌تر با توجه به محیط جغرافیایی خود کرده‌اند.

روش‌های تولید فولاد خام

امروزه فناوری‌های 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 فناوری‌های مختلفی می‌توان استفاده کرد که به آن‌ها اشاره می‌کنیم.

به‌طور کلی فولاد خام از دو روش زیر تولید می‌گردد:

تهیه آهن خام یا چدن مذاب در کوره بلند (BF) و تولید فولاد در کانورترهای اکسیژنی، نظیر ذوب‌ آهن اصفهان.

احیای مستقیم گندله تولید شده از سنگ‌ آهن (DR) و ذوب آهن‌ اسفنجی (DRI) و قراضه (Scrap) در کوره‌های الکتریکی از قبیل قوس الکتریکی (EAF) نظیر فولاد خوزستان یا القایی (IMF)، نظیر مجتمع فولاد جنوب.

لازم است ذکر شود که تولید فولاد از روش‌های دیگری نظیر روش کوره باز نیز انجام می‌گیرد که استفاده از آن بسیار محدود است.

در روش اول که شیوه سنتی تولید است، از احیای غیرمستقیم آهن استفاده گردیده، سنگ‌ آهن دانه درشت و سنگ آهن پس از فرآوری و تبدیل به آگلومره به همراه آهک و کک وارد کوره بلند شده، آهن خام یا چدن مذاب به دست می‌آید. در مرحله بعد آهن خام در یک کانورتر به فولاد مذاب تبدیل گردیده، کربن و ناخالصی‌های دیگر آن به کمک اکسیژن خارج و فولاد خام تولید می‌گردد.

روش دوم تولید فولاد، استفاده از کوره‌های الکتریکی و ذوب مجدد قراضه آهن و فولاد می‌باشد. به دلیل کمبود منابع قراضه در جهان و نیز رشد فزاینده قیمت آن در طول سال‌های گذشته، در این روش می‌توان به همراه قراضه از آهن اسفنجی نیز برای ذوب در کوره استفاده نمود.

تولید آهن به روش احیای مستقیم

آهن اسفنجی محصول عملیات احیای مستقیم سنگ‌ آهن است که دارای عیار بالای آهن بوده، جایگزین مناسبی برای قراضه جهت ذوب است. تولید آهن اسفنجی از سنگ‌ آهن، عموماً به دو روش گازی (Gas Based) یا استفاده از زغال‌ سنگ (Coal Based)، برای احیای آهن صورت می‌پذیرد. معمولاً در کشورهایی که دارای ذخایر گاز هستند، از روش گازی استفاده می‌گردد. در ایران نیز به‌طور مثال، فولاد خوزستان و فولاد مبارکه از گاز به عنوان ماده احیاکننده استفاده می‌کنند.

شناخته‌ شده‌ ترین روش‌های احیای مستقیم گازی روش‌های میدرکس و HYL هستند. شرکت ایریتک و نیز شرکت MMTE دارای لیسانس ساخت کارخانه‌های احیای مستقیم (از کوبه استیل ژاپن) با تکنولوژی میدرکس هستند (میدرکس تکنولوژی اصالتاً آمریکایی می‌باشد).

۶۶.۳ درصد فولاد خام جهان به کمک روش کوره بلند و ۳۱.۲ درصد آن نیز به روش احیای مستقیم و استفاده از کوره‌های الکتریکی تولید می‌گردد. با وجود آنکه بیش‌تر تولید فولاد خام در جهان به وسیله روش کوره بلند تولید می‌شود، اما موارد ذیل استفاده از روش احیای مستقیم و کوره‌های الکتریکی را، مخصوصاً در ایران، توجیه‌پذیرتر می‌کنند:

– با توجه به استفاده از قراضه آهن، این روش سریع‌تر است.

– هزینه راه‌اندازی یک واحد کوره بلند نسبت به یک واحد احیای مستقیم و کوره الکتریکی در ظرفیت‌های متناظر، بالاتر است.

– کک متالورژیکی که یکی از مواد اولیه مورد نیاز کوره‌های بلند است، از زغال‌ سنگ کک شو به دست می‌آید که منابع آن در ایران محدود است. همچنین این ماده عمدتاً وارداتی و گران‌قیمت است. برای تولید هر تن آهن خام به روش کوره بلند، طبق استانداردهای جهانی به حداقل ۵/۱ تن سنگ آهن و ۴۵۰ کیلوگرم کک متالورژیکی نیاز بوده که گاهی این مقدار تا ۳ تن سنگ آهن و ۱۰۰۰ کیلوگرم کک هم افزایش می‌یابد.

در نتیجه با توجه به آنکه می‌توان از گاز به عنوان ماده احیاکننده در روش احیای مستقیم استفاده نمود و با وجود منابع عظیم گاز در ایران، عملاً روش کوره بلند مزیت خود را از دست می‌دهد.

توجیه تولید آهن‌ اسفنجی در ایران

با توجه به آنچه گفته شد، در ایران تولید فولاد از طریق آهن‌ اسفنجی توجیه مناسب‌تری داشته، لذا به بررسی بیشتر آن می‌پردازیم. لازم است ذکر شود تولید فولاد از طریق احیای مستقیم و کوره‌های الکتریکی در راستای سیاست‌های شرکت ملی فولاد و وزارت صنایع نیز بوده‌است. بر اساس اطلاعات World Steel، هندوستان بزرگ‌ترین تولیدکننده آهن اسفنجی در دنیا می‌باشد.

لازم است ذکر شود معادن سنگ آهن با توجه به نوع معدن سه محصول عمده تولید می‌کند. سنگ آهن دانه بندی ریزدانه (Fine) و درشت دانه (Lump) و کنسانتره آهن.

سنگ آهن ریزدانه و درشت دانه تبدیل به آگلومره شده (کلوخه‌ای شکل) و قابلیت شارژ در کوره بلند را خواهد داشت. با توجه به اینکه شارژ آهنی در کوره بلند از بالای کوره صورت می‌پذیرد در صورت تولید بیش از حد معینی گرد و غبار، کوره کارایی خود را از دست می‌دهد لذا نمی‌توان سنگ آهن ریزدانه تزریق کرد لذا می‌بایست حتماً به کلوخهٔ همان آگلومره تبدیل شود.

کنسانتره تولید شده که ابعاد میکرونی دارد در واحدهای گندله‌ سازی به گندله (محصولی فندوقی شکل) تبدیل شده و با شارژ در کوره احیای مستقیم به آهن اسفنجی تبدیل می‌شود. آهن اسفنجی تولید شده به واحد فولاد سازی منتقل شده در آنجا در کوره‌های الکتریکی به همراه درصدی آهن قراضه ذوب شده و در قسمت ریخته‌گری مداوم به شمش فولادی (بیلت، بلوم یا تختال) تبدیل می‌شود.

و در نهایت شمش تولید شده در واحدهای نورد به محصولاتی مثل تیر آهن، ورق و … تبدیل می‌شود.

پیش نمایش فایل pdf مقاله تولید آهن و فولاد :

[pdf-embedder url=”http://projbank.ir/wp-content/uploads/2019/01/ahan-foolad-demo.pdf”]