روش های تولید فولاد خام

با توجه به تنوع موارد استفاده از فولاد در دنیا و گسترده شدن دایره مصرف فولاد با پیشرفت فناوری، تولید فولاد همگام با پیشرفت فناوری تغییرات بسیاری داشته است، که در پی این تغییرات تولیدکنندگان سعی در بالا بردن بهره‌ وری و استفاده از انرژی و سوخت‌های ارزان‌تر با توجه به محیط جغرافیایی خود کرده‌اند. همانگونه که پیشتر نیز اشاره شد گرچه مراحل بعد از به دست آوردن فولاد مذاب، یعنی ریخته‌گری و نورد، به طور تقریب یکسان هستند. اما به دست آوردن این نوع فولاد یعنی فولاد مذاب یا خام، منوط به، به کارگیری فناوری‌های مختلفی است. در این مقاله حول این روش ها بحث خواهد شد. تا انتها با ما همراه باشید.

• روش های تولید فولاد خام
  • تهیه آهن خام یا چدن مذاب در کوره بلند و تولید فولاد خام در اینورترهای اکسیژنی
  • تولید فولاد خام از سنگ آهن و یا آهن قراضه در کوره الکتریکی
• مقایسه روش های تولید فولاد خام
• شیوه توجیه پذیر برای تولید فولاد خام در ایران
• تولید آهن اسفنجی
• توجیه تولید آهن اسفنجی در ایران

لازم به ذکر است که تولید فولاد از روش‌های دیگری نظیر روش کوره باز (Open Heart) نیز انجام می‌گیرد که با توجه به حجم تولید بسیار محدود آن در جهان، که طبق آمار World Steel حدود ۵/۲‌ درصد از کل تولید فولاد جهان در سال ۲۰۰۷ بوده است و همچنین کاهش پیوسته‌ تولید از این روش، در این مقاله بدان پرداخته نشده است.

روش های تولید فولاد خام

تهیه آهن خام یا چدن مذاب در کوره بلند و تولید فولاد خام در اینورترهای اکسیژن

در روش اول که به آن احیای غیر مستقیم آهن نیز گفته می‌شود و در ذوب آهن اصفهان مورد کاربرد است، روش کار به این گونه می‌باشد که باید سنگ آهن دانه درشت و سنگ‌آهن پس از فرآوری و تبدیل به آگلومره، به همراه آهک و کک وارد کوره بلند شده، تا آهن خام یا چدن مذاب (Pig Iron) تولید گردد. در مرحله بعد، این آهن خام در یک کانورتر به فولاد مذاب تبدیل گشته و پس از جداسازی ناخالصی های آن به کمک اکسیژن، فولاد خام (Crude Steel) تولید می‌گردد.

تولید فولاد خام از سنگ آهن سنگ‌ یا آهن قراضه درکوره‌ الکتریکی

روش دوم تولید فولاد خام، استفاده از کوره‌های الکتریکی (که دارای انواع قوس الکتریکی EAF یا القایی هستند) و ذوب مجدد قراضه‌ آهن و فولاد است. در این روش از قراضه آهن و یا آهن اسفنجی استفاده می‌نمایند. البته به علت کمبود قراضه آهن در کشورمان در این روش بیشتر از آهن اسفنجی به همراه قراضه برای ذوب در کوره استفاده می‌شود. کوره‌های الکتریکی از قبیل قوس الکتریکی (EAF) در فولاد خوزستان و نمونه القایی (IMF) در مجتمع فولاد جنوب مورد استفاده واقع شده اند. جالب است بدانید که اولین کوره های قوس الکتریکی (EAF) در اواخر قرن 19 ظاهر شدند. استفاده از این کوره ها چنان افزایش یافته که اکنون تقریباً 2/3 از تولید فولاد در ایالات متحده را به خود اختصاص داده است. کوره الکتریکی با کوره بلند، کارکرد کاملا متفاوتی دارد.EAF از فولاد قراضه و برق برای تولید فولاد مذاب استفاده می‌کند.

مقایسه روش های تولید فولاد خام

بیشتر فولاد خام جهان از روش اول و به وسیله کوره های بلند تولید می‌شود ولی تولید فولاد با روش دوم توجیه پذیر تر خواهد بود.تولید فولاد در کوره های الکتریکی به دلیل استفاده از قراضه آهن سریع تر خواهد بود و همچنین هزینه ایجاد یک کوره بلند بسیار بیشتر از ایجاد کوره های الکتریکی خواهد بود. علاوه بر آن روش کوره بلند محدودیت زیست محیطی بیشتری نسبت به روش احیای مستقیم دارد و همچنین آهن اسفنجی دارای عیار بالاتری است و حمل و ذخیره آن نیز آسان تر خواهد بود.

شیوه توجیه پذیر برای تولید فولاد خام در ایران

۳/۶۶‌ درصد فولاد خام جهان به کمک روش کوره بلند و ۲/۳۱‌درصد آن نیز به روش احیای مستقیم و استفاده از کوره‌های الکتریکی تولید می‌گردد. با وجود آنکه بیش‌تر تولید فولاد خام در جهان به‌وسیله 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 زغال‌سنگ 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 سنگ‌آهن و۴۵۰ کیلوگرم کک متالورژیکی نیاز بوده که گاهی این مقدار تا ۳ تن سنگ‌آهن و ۱۰۰۰ کیلوگرم کک هم افزایش می‌یابد. درنتیجه با توجه به آنکه می‌توان از گاز به‌ عنوان ماده احیا کننده در روش احیای مستقیم استفاده نمود و با وجود منابع عظیم گاز در ایران، عملاً روش کوره بلند مزیت خود را از دست می‌دهد.
• روش کوره بلند محدودیت‌های زیست‌محیطی بیشتری نسبت به روش احیای مستقیم دارد.
• آهن اسفنجی عیار بالاتری نسبت به آهن خام دارد.
• کوره بلند در ظرفیت‌های بالا (حداقل یک و نیم میلیون تن در سال) دارای توجیه اقتصادی بیش‌تری است، درحالی‌که از روش احیای مستقیم می‌توان در واحدهای کوچک فولادسازی نیز با توجیه اقتصادی مناسب استفاده کرد.
• آهن اسفنجی را می‌توان به‌صورت آهن گرم کلوخه شده (HBI) درآورده، به سهولت حمل یا ذخیره کرد. درصورتی‌که که حمل آگلومره که خوراک کوره بلند است سخت‌تر هست .
• در فرآیند احیای مستقیم می‌توان از گاز طبیعی بدون حذف ناخالصی‌های آن استفاده کرد.

درعین‌حال شرکت‌های ذوب‌آهن اصفهان، فولاد میبد، فولاد زاگرس، ذوب‌آهن غرب کشور و فولاد زرند طبق برنامه‌ چهارم توسعه، در مجموع حدود ۵ میلیون تن فولاد، از طریق روش کوره بلند تولید خواهند کرد که با توجه به پتانسیل‌های موجود در کشور، به نظر کافی می‌آیند.

تولید آهن اسفنجی

آهن اسفنجی محصول عملیات احیای مستقیم سنگ‌آهن است که دارای عیار بالای آهن بوده، جایگزین مناسبی برای قراضه جهت ذوب است. تولید آهن اسفنجی از سنگ‌آهن، عموماً به دو روش گازی (Gas Based) یا استفاده از زغال‌سنگ (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 به‌عنوان ماده‌ احیاکننده استفاده می‌کنند. شناخته‌شده‌ترین روش‌های احیای مستقیم گازی روش‌های میدرکس و HYL هستند. شرکت MMTE ایران و نیز شرکت ایریتک دارای لیسانس ساخت کارخانه‌های احیای مستقیم (از کوبه استیل ژاپن) با فناوری میدرکس هستند(میدرکس فناوری اصالتاً آمریکایی است).

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 به ذکر است تولید فولاد از طریق احیای مستقیم و کوره‌های الکتریکی در راستای سیاست‌های شرکت ملی فولاد و وزارت صنایع نیز بوده است. بر این اساس، با استفاده از آمار، به بررسی وضعیت آهن اسفنجی در جهان و کشورهای پیشرو در این زمینه می‌پردازیم. بر اساس اطلاعات World Steel، هندوستان بزرگ‌ترین تولیدکننده‌ آهن اسفنجی در دنیا هست. این کشور از مجموع تولید ۹/۶۴ میلیون تن آهن اسفنجی دنیا در سال ۲۰۰۷، حدود ۱/۱۸ میلیون تن یعنی حدود ۲۸‌درصد از کل تولید را به خود اختصاص داده است. ونزوئلا با ۱۲‌درصد، ایران با حدود ۵/۱۱‌درصد (۵/۷ میلیون تن در سال) و مکزیک با حدود ۱۰‌درصد در جایگاه‌های بعدی قرار دارند.

حدود ۸۰‌درصد آهن اسفنجی جهان در کشورهای مذکور به‌علاوه عربستان سعودی، ترینیداد، روسیه و مصر تولید می‌شود. دلیل اصلی آمار بالای تولید آهن اسفنجی در چند کشور محدود، به ذخایر گاز و زغال‌سنگ (حرارتی)، به‌عنوان عوامل اصلی جهت تولید انرژی مورد نیاز فرآیند احیای مستقیم مربوط می‌شود.در کشور هند، حدود ۷۰‌درصد تولید آهن اسفنجی با استفاده از زغال‌سنگ (حرارتی یا کک نشو) و حدود ۳۰‌درصد با استفاده از گاز (در ۷ کارخانه) تولید می‌گردد. روش‌های استفاده از زغال‌سنگ در فرآیند احیای مستقیم در هند متنوع هست .تعداد کارخانه‌های بزرگ تولیدکننده آهن اسفنجی با کمک زغال‌سنگ در هند حدود ۵۵ کارخانه و تعداد کارخانه‌های کوچک که هرکدام بین ۱۰ هزار تا ۳۰ هزار تن در سال تولید دارند، بیش از ۳۰۰ کارخانه تخمین زده می‌شود.
همچنین در کشور ونزوئلا آمار تولید آهن اسفنجی نشان می‌دهد تنها ۵‌درصد از کل تولید این کشور با استفاده از زغال‌سنگ به دست می‌آید و ۹۵‌درصد تولید بر روش‌هایی مبتنی است که از گاز طبیعی استفاده می‌کنند. همچنین با بررسی کشور مکزیک، که دارای ذخایر عظیم گاز بوده و پس از ونزوئلا و ایالات‌متحده سومین دارنده ذخایر اثبات‌شده نفت و گاز در نیمکره غربی است، به این نتیجه می‌رسیم که در این کشور آهن اسفنجی به‌طور ۱۰۰‌درصد با استفاده از روش گازی تولید می‌شود.

با وجود آن‌که تولید آهن اسفنجی در سال‌های اخیر، به کمک زغال‌سنگ در هندوستان توسعه‌یافته است، اما موارد زیر احتمالاً مسیر گسترش استفاده از این فرآیند را تغییر خواهد داد:

• استفاده از زغال‌سنگ در جایی مقرون‌به‌صرفه است که گاز طبیعی در اختیار نباشد و ذخایر زغال‌سنگ قابل استحصال باشند.
• با توجه به آن‌که معادن زغال‌سنگ هرساله هزینه‌های بیشتری برای استحصال طلب می‌کند، توجیه اقتصادی استفاده از آن در آینده‌ زیر سوال خواهد رفت.
• تولید آهن اسفنجی به کمک زغال‌سنگ سهم زیادی در آلودگی محیط ‌زیست و انتشار گازهای گلخانه‌ای خواهد داشت. این موضوع دولت هند را نیز بر آن داشته تا کنترل بیشتری بر این صنعت داشته باشد.

با توجه به آنچه گفته شد، دولت هند سیاست‌های گسترده‌ای را در جهت توسعه‌ استفاده از گاز طبیعی دنبال می‌کند، و از طرفی جهت جلوگیری از آسیب به محیط‌زیست بر قوانین سخت‌گیرانه خواهد افزود. چنین به نظر می‌رسد که سرعت گسترش استفاده از روش زغال‌سنگ، در آینده کند شده و در هند نیز، این صنعت جای خود را به روش گازی خواهد داد. لازم به ذکر است معادن سنگ‌آهن با توجه به نوع معدن سه محصول عمده تولید می‌کند: سنگ‌آهن دانه‌بندی ریزدانه (Fine) و درشت‌دانه (Lamp) و کنسانتره آهن. سنگ‌آهن ریزدانه و درشت‌دانه 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 بیش‌ازحد معینی گردوغبار، کوره کارایی خود را از دست می‌دهد لذا نمی‌توان سنگ‌آهن ریزدانه تزریق کرد لذا می‌بایست حتماً به کلوخه‌ی همان آگلومره تبدیل شود.کنسانتره تولید شده که ابعاد میکرونی دارد در واحدهای گندله‌سازی به گندله (محصولی فندقی شکل) تبدیل‌شده 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 آهن‌قراضه ذوب‌شده و در قسمت ریخته‌گری مداوم به شمش فولادی ( بیلت، بلوم یا تختال ) تبدیل می‌شود. شمش تولید شده در واحدهای نورد به محصولاتی مثل تیرآهن، ورق و … تبدیل می‌شود.

جهت مشاهده و استعلام قیمت ورق گرم (سیاه) به وب سایت فولاد 24 مراجعه نمایید.

گروه تولید محتوای فولاد 24