مواد خام مورد استفاده در فولادسازی
بکارگیری مواد اولیه مرغوب برای تولیدکنندگان اهمیت زیادی دارد؛ مخصوصا افرادی که در صنعت فولادسازی فعال هستند همواره باید از مواد خام باکیفیت استفاده کنند. درواقع، مواد خام مورداستفاده در فولادسازی باید کیفیت لازم را داشته باشد تا فولاد نهایی ساختاری مستحکم و پکپارچه پیدا کند. علاوهبراین، کیفیت بالا قیمت آهن آلات را نیز تحتتاثیر قرار میدهد. مهمترین مواد خام فولادسازی نیز بر اساس اعلام انجمن جهانی فولاد عبارت است از سنگ آهن، سنگ آهک، گندله، قراضه آهن و زغال سنگ که در روش فولادسازی با کوره بلند (BF) مورداستفاده قرار میگیرند. در روش تولید فولاد با کوره قوس الکتریکی (EAF) هم باید به سراغ آهن اسفنجی رفت. درادامه هرآنچه که درباره مواد خام فولادسازی باید بدانید را آوردهایم.
مواد اولیه چیست؟
برای آشنایی بهتر با مواد اولیه فولادسازی ابتدا باید معنای واقعی مواد اولیه را متوجه شوید. محصولات نهایی برای رسیدن به تولید نیازمند موادی هستند که تحتعنوان مواد اولیه یا مواد خام (Raw material) شناخته میشوند. مواد اولیه در زمره مواد پایه و فرآورینشده قرار میگیرند که هر محصولی برای دستیابی به ماهیت اصلی خود به آنها نیاز دارد. فولاد نیز به همین منوال برای رسیدن به تولید نیازمند یکسری مواد اولیه است. مهمترین ماده اولیه در صنعت فولادسازی هم سنگ آهن بوده که خود شامل کلوخه، کنسانتره و... میشود. درکل، اولین گام برای تولید فولاد تامین مواد اولیه موردنیاز آن همچون سنگ آهن است.
مواد اولیه تولید فولاد کدامند؟
مواد خام مورداستفاده در فولادسازی تعیینکننده میزان کیفیت و مقاومت آن است. این مواد معمولا از منابع طبیعی به دست میآیند و بعد از فرآوری و قرارگیری در کورههای فولادسازی در دسترس مصرفکنندگان قرار میگیرند. درحالحاضر، مواد اولیه تولید فولاد شامل موارد زیر میشود:
- سنگ آهن
سنگ آهن بهعنوان مهمترین ماده اولیه فولادسازی تشکیلدهنده 5 درصد از پوسته زمین است. همچنین، 98 درصد از سنگ آهن به دست آمده از معادن در صنعت فولاد بکار میرود؛ ازاینرو، مادهای را نمیتوان جایگزین آن کرد. در روند فولادسازی، سنگ آهن را در معرض دمای 1500 درجه در کوره قرار داده و به فولاد تبدیل میکنند. درکل، این ماده معدنی باید در کوره قرار بگیرد تا به فولاد مذاب تبدیل شود.
- سنگ آهک
سنگ آهک (کربنات کلسیم) در فولادسازی مانند یک ناخالصیگیر عمل میکند. این ماده ناخالصیهایی نظیر فسفر، گوگرد و سیلیسم دی اکسید را از بین میبرد. به این صورت که با ناخالصیها ترکیب شده و باعث ایجاد سرباره میشود. سپس، سرباره از فولاد جدا شده و دیگر در ساختار آن وجود نخواهد داشت که این وضعیت به کیفیت بهتر فولاد کمک میکند. بنابراین، هدف اصلی بکارگیری سنگ آهک در فولادسازی، تصفیه آن است.
- زغال سنگ
زغال سنگ برای سوخت کارخانههای فولادسازی بکار گرفته میشود. برای فولادسازی باید زغال سنگ را در کوره بلند حرارت داد و اینگونه دمای لازم جهت گداختن سنگ آهن را تامین کرد. البته زغال سنگ به صورت مستقیم جهت گداختن سنگ آهن بکار نمیرود؛ چراکه زمان رسیدن حرارت به آنها خیلی شکننده میشود. بههمینخاطر، زغال سنگ در معرض دمای 1400 درجه سانتیگراد در فضای فاقد اکسیژن تحت حرارت قرار میگیرد تا به کک تبدیل شود. کک به دلیل تخلخل بالا (به معنای داشتن حفرههای زیاد) به آزاد شدن اکسیژن از سنگ آهن کمک میکند و درنتیجه، آهن خالص حاصل میشود.
- گندله
گندله از کنسانتره آهن به دست میآید و بهنوعی فرآورده سنگ آهن است. این ماده به خاطر داشتن تخلخل یا حفرههای زیاد باعث سرعت بخشیدن به احیای آهن میشود. در فرآیند احیای آهن به صورت مستقیم، گازهای هیدروکربنی در کوره آزاد شده که این وضعیت به کاهش اکسیدهای آهن کمک میکند و دراصطلاح، احیا صورت میگیرد. ضمنا، گندله به خاطر ظاهر گرد و نفوذپذیری بار عالی داخل کوره بلند به قرص صاف معروف شده است.
- قراضه آهن
قراضه آهن به فولادی گفته میشود که عمر مفید آن تمام شده است. اصولا، ضایعات یا فولاد بازیافتشده پس از جمع شدن به محوطهای تحتعنوان حوضچههای قراضه هدایت میشوند تا در آنجا، مواد اضافی همچون چوب، پلاستیک و... خارج شده و برای ذوب در کوره آماده شوند. این دسته از مواد مصرفی به صرفهجویی در هزینههای تولید کمک کرده و در خنکسازی ذوب آهن نقش موثری را ایفا میکنند. هماینک، کارخانههای مطرحی مانند کارخانه فولاد مبارکه اصفهان با استفاده از قراضههای آهن موفق به تولید فولاد باکیفیت شدهاند.
- آهن اسفنجی
آهن اسفنجی یا آهن احیای مستقیم (DRI) از دیگر مواد اولیه تولید فولاد است. این ماده از راه احیای مستقیم سنگ آهن توسط گازهای کاهنده به دست میآید؛ بههمینخاطر، با نام آهن احیای مستقیم هم شناخته میشود. آهن اسفنجی اغلب در کورههای قوس الکتریکی جهت تولید فولاد بکار رفته و جایگزین مناسبی برای سنگ آهن در کورههای بلند است. همچنین، از مزیت بکارگیری آهن اسفنجی میتوان به تولید فولاد با گریدهای بالا اشاره کرد.
فرآیند فولادسازی چگونه انجام میشود؟
برای فولادسازی میتوان از روشهای کوره بلند و کوره قوس الکتریکی استفاده کرد. روش تولید فولاد با کوره بلند قدیمیتر از کوره قوس الکتریکی است و هزینه بیشتری بر تولیدکننده تحمیل میکند. در قسمت زیر، این دو روش فولادسازی را بررسی کردهایم:
فولادسازی با کوره بلند
در این روش، مواد اولیهای همچون سنگ آهن، سنگ آهک، کک و گندله به داخل کوره بلند ریخته میشود. البته لازم به ذکر است، سنگ آهن پس از استخراج بلافاصله به کوره منتقل نمیشود و آن را در پروسهای تحتعنوان تف جوشی یا زینترینگ به ذرات ریزتر تبدیل میکنند. ذرات کوچکتر برای ذوب در کوره مناسبتر هستند و به عملیات ذوب سرعت میبخشند. درمجموع، فولادسازی با کوره بلند نیازمند 1370 کیلوگرم سنگ آهن، 270 کیلوگرم سنگ آهک، 780 کیلوگرم زغال سنگ متالورژی و 125 کیلوگرم فولاد بازیافتشده جهت تولید 1 تن فولاد خام است.
فولادسازی با کوره قوس الکتریکی
در این روش فولادسازی معمولا آهن اسفنجی و فولادهای بازیافتی بکار گرفته میشوند. بعلاوه در تولید فولاد با کوره قوس الکتریکی از انرژی برق به جای زغال سنگ استفاده میکنند و دمای ذوب هم میتواند به 1800 درجه سانتیگراد برسد. همچنین، در این روش باید از 3 الکترود جهت شکلگیری قوس الکتریکی استفاده کرد. درکل، برای فولادسازی با کوره قوس الکتریکی در حد متوسط نیاز به 586 کیلوگرم سنگ آهن، 88 کیلوگرم سنگ آهک، 710 کیلوگرم فولاد بازیافتشده و 2.3 گیگا ژول الکتریسیته است تا فولاد خام حاصل شود.
