فولاد چیست و چگونه تولید می شود؟

فرآیند عمومی تولید در صنایع فولاد

در مقاله گذشته از رسول دانیال زاده؛ به طور مفصل در خصوص صحبت کردیم. در این مقاله قصد داریم به صورت تخصصی تر نحوه تولید این محصول را در کارحانه فولاد مبارکه بیان کنیم. صنعت آهن و فولاد به دلیل تامین مواد اولیه سایر صنایع در رشد اقتصادی کشورها نقش مهمی را بازی می کند و به عنوان موتور محرک توسعه اقتصادی شناخته می شود. نگاهی به روند رشد میزان تولید فولاد در کشورهایی که در سال های اخیر رشد فزاینده ای را تجربه کرده اند خود موئد این واقعیت است. فرآیند تولید در یک کارخانه کامل از مرحله تولید آهن خام شروع و تا مراحل پایانی تولید انواع و پوشش دار ادامه می یابد و مشتمل بر فرایندهای کلی زیر است:

• فرآوری سنگ آهن (به عنوان ماده اولیه) و تولید گندله
• تولید آهن اسفنجی
• تولید تختال (شمش فولادی)
• تبدیل تختال به کلاف گرم از طریق فرآیند نورد گرم
• تولید کلاف گرم از طریق فرایند نورد سرد
• عملیات تکمیلی فولاد و تولید محصول نهایی کلاف و ورق سرد
• عملیات پوشش دهی و تولید ورق فولادی پوشش دار (مانند ، ورق رنگی، ورق قلع اندود)

در ادامه شرح مختصری در مورد فرایندهای فوق ارائه می شود.

شرح مختصر فرآیندهای تولید فولاد مبارکه

مرحله اول تولید فولاد

مرحله اول از تولید فولاد، فرآوری مواد اولیه آن یعنی سنگ آهن می باشد. سنگ آهن ترکیبی از اکسیدهای آهن و ناخالصی های فلزی از قبیل سولفور، فسفر، سیلیس و … می باشد. ابتدا سنگ آهن خرد شده و طی فرایندهای خاصی ناخالصی های فلزی از آن جدا می شود. سپس در فرایند گندله سازی، سنگ آهن (به صورت ترکیبی از اکسیدهای آهن) به شکل گلوله ای در آمده و پس از پخته شدن محصولی به نام گندله را تولید می نماید.

گندله تولیدی در فرایند احیا مستقیم طی واکنش با کربن، آهن خالص را تولید می نماید. چون گندله اکسیژن خود را در این فرایند از دست می دهد ترکیب حاصله حالتی تخلخلی مانند اسفنج دارد. به همین لحاظ آن را آهن اسفنجی می نمایند. آهن اسفنجی در مخازن مخصوصی انباشت و نگهداری می شود تا به تدریج به عنوان ماده اولیه تولید فولاد در مراحل بعدی به کار گرفته می شود.

مرحله دوم تولید آهن اسفنجی

مرحله دوم از تولید فولاد تبدیل آهن به فولاد مذاب می باشد. ورودی این فرایند آهن اسفنجی است. نوع و گرید فولاد و خواص شیمیایی آن در این مرحله ایجاد می شود. در اینجا آهن اسفنجی و آهن قراضه با نسبت های مشخصی در کوره های قوس الکتریک تبدیل به فولاد مذاب می شوند. پس از سرباره گیری از مذاب با توجه به کیفیت مورد انتظار آن مواد افزودنی به نسبت های لازم به فولاد مذاب افزوده شده و با دمش گاز در حجم مذاب به طور یکنواخت پخش شده و با آن ترکیب می شود.

مرحله سوم تولید تختال

پس از این مرحله فولاد مذاب در پاتیل های حجیمی تخلیه شده و برای عملیات تکمیلی ارسال می شود. در نهایت براساس نمونه های آزمایشگاهی که از فولاد گرفته می شود عملیات تصفیه مذاب انجام گرفته و فولاد مذاب آماده ریخته گری می شود.

دمای فولاد مذاب پس از تولید حدود 1650 درجه سانتی گراد می باشد. حداقل دمای مجاز برای ریخته گری مذاب 1580 درجه می باشد. به همین لحاظ بعد از عملیات تکمیلی، مذاب باید بلافاصله برای ریخته گری ارسال گردد. اگر امکان ریخته گری مذاب به دلیل تاخیر یا هر مشکل دیگر وجود نداشته باشد، توسط کوره های پاتیلی دمای مذاب داخل پاتیل در حد قابل قبول حفظ می شود. با این حال هزینه زیادی بابت این تاخیر در ریخته گری تحمیل می شود.

در این مرحله مذاب تولید شده در فرایند فولادسازی در ماشین های ریخته گری مداوم به صورت شمش یا تختال در می آید. ماشین های ریخته گری مداوم نیم قوسی هستند. پاتیل مذاب بر روی برج ریخته گری قرار می گیرد. برج ریخته گری می تواند دو پاتیل را روی خود نگه دارد که یکی در موقعیت عملیات ریخته گری و دیگری به صورت آماده به کار می باشد. مذاب از طریق راهگاه مخصوصی که زیر پاتیل نصب می شود وارد پاتیل میانی می شود. تاندیش به صورت یک بافر میانی همیشه مقداری مذاب را به صورت ذخیره در خود نگه می دارد تا در مواقعی که پاتیل مذاب تعویض می شود تداوم و یکنواختی جریان مذاب در قالب های ماشین ریخته گری قطع نشود.

برای سرعت بخشیدن به عملیات ریخته گری، بیشتر ماشین های ریخته گری دارای دو مسیر برای ریخته گری هستند و لازم است مذاب از دو راهگاه مجزا وارد قالب های ماشین شود. تاندیش دارای دو راهگاه خروجی است که مذاب داخل پاتیل را به قالب های ماشین ریخته گری هدایت می کند. عمر تاندیش مورد استفاده در فرآیند ریخته گری محدود است بنابراین عملیات ریخته گری مداوم ذوب ها روی ماشین ریخته گری نمی تواند بیشتر از عمر یک تاندیش ادامه پیدا کند. از این رو به ناچار عملیات ریخته گری مداوم با اتمام عمر تاندیش قطع شده و پس از تعویض تاندیش ریخته گری مجددا شروع می شود.

بین هر دو تعویض تاندیش یک توالی تولید صورت می پذیرد. این توالی مشتمل بر تعداد محدودی ذوب است که پشت سر هم و بلا انقطاع ریخته گری می شوند. حداکثر تعداد این ذوب ها با توجه به عرض ماشین ریخته گری و کیفیت ذوب متفاوت است. ذوب هایی که در یک توالی ریخته گری می شوند باید از نظر کیفیت یکسان بوده و عرض ریخته گری مشابهی داشته باشند.

مذاب پس از تخلیه در قالب توسط جریان آب اطراف قالب خنک شده و شکل قالب را به خود می گیرد و به تدریج در یک مسیر نیم قوسی حرکت کرده و آرام آرام خنک می شود تا به شکل یک نوار طولانی با مقطع مستطیل از ماشین ریخته گری خارج شود. در انتهای خط ریخته گری این نوار به طول های مشخص به طور مقطعی بریده شده و نهایتا شمش فولادی تولید می شود.

مرحله چهارم نورد گرم تختال

تختال تولید شده به عنوان محصول نیم ساخته وارد فرایند نورد گرم می شود. در واحد نورد گرم ابتدا تختال توسط کوره های پیش گرمکن تا دمای 1200 درجه گرم می شود. در این دما تختال سرخ شده و شکل پذیر می شود. سپس تختال سرخ شده طی گذر از بین غلتک های نورد در مراحل نورد خشن و نورد تکمیلی کاهش ضخامت داده و پس از خنک کاری در نهایت به صورت کلاف گرم تحویل می شود.

محصول واحد نورد گرم را می توان هم به عنوان محصول نهایی به فروش رساند و هم می توان از آن به عنوان محصول نیم ساخته برای ادامه فرایندهای بعدی (تکمیل نورد و نورد سرد) استفاده نمود.

در واحد تکمیل نورد براساس سفارش مشتری در صورت نیاز فرایند اسکین پاس (نورد پوسته ای) روی کلاف ها انجام می شود. همچنین در خطوط برش سبک و سنگین، کلاف برش داده شده و به صورت ورق فولادی به عنوان محصول نهایی تحویل می شود. محصولات گرم عمدتا برای تولید سازه های فولادی سنگین نظیر لوله های انتقال سیالات و … استفاده می شوند.

مرحله پنجم فرآیند نورد سرد

در واحد نورد سرد ابتدا کلاف های گرم از فرایند اسیدشویی عبور داده می شوند و سطح کلاف تمیز می شود. این محصول که کلاف اسیدشویی شده نامیده می شود می تواند به عنوان محصول نهایی به فروش رود یا برای ادامه سیکل به واحدهای بعدی ارسال شود. در مرحله بعد کلاف فرایند نورد سرد را طی می نماید. در این فرایند کلاف های اسیدشویی شده به صورت سرد از بین تعدادی غلتک عبور داده شده و توسط فشار غلتک ها و کشش ورق، ضخامت ورق فولادی کاهش می یابد. محصول این فرایند کلاف خام می باشد. این محصول هم به عنوان یک محصول تمام شده قابل فروش است ولی به عنوان ورودی فرایندهای بعدی محصولات سرد، نوار باریک و محصولات پوشش دار استفاده می شود.

برای تولید محصولات سرد، کلاف خام تولید شده در فرایند نورد، سیکل های بازپخت ، نورد پوسته ای و اصلاح ورق فولادی را طی می نماید. در صورت نیاز طبق خواست مشتری، کلاف تولید شده پس از طی مراحل فوق سیکل های برش سبک یا برش سنگین را نیز طی می نمایند. محصولات سرد عمدتا در تولید بدنه خودرو، لوازم خانگی و فیلترسازی و … کاربرد دارند.

برای تولید نوار باریک، محصول کلاف خام پس از طی کردن سیکل های بازپخت و نورد پوسته ای وارد فرایند برش طولی می شود. در این فرایند کلاف به صورت طولی توسط چند تیغه برش داده شده و به شکل نوار با عرض کم تحویل می شود.

مرحله نهایی عملیات پوشش دهی ورق

ورق فولادی پوشش دار شامل ورقکارخانه فولاد مبارکه اصفهان

و سایر فازهای آلیاژی آهن-کربن

رده ها و کلاسهای مختلف

سایر مواد پایه-آهنی

فولاد یا پولاد (به : Steel) آلیاژی از است، که بین ۰٫۰۰۲ تا ۲٫۱ درصد جرم آن است. خواص فولاد به کمک تغییر در درصد کربن، عناصر آلیاژی و عملیات حرارتی قابل کنترل است. استفاده از فولاد به دلیل زیاد و قیمت نسبتاً پایین آن در ساخت صنایع مختلفی از قبیل ساختمان سازی، ، ابزارها، کشتی‌ها، پل‌ها قطارها، تجهیزات و کاربرد گسترده دارد.

امروزه برای تولید فولاد (fe3c) از روش‌های نوینی مانند، (BOf)، استفاده می‌شود، که علاوه بر کاهش قیمت‌ها، منجر به افزایش خلوص فولاد تولیدی نیز گردیده‌است. فولاد یکی از بیشترین مواد تولید شده توسط انسان است و سالانه تقریباً بیش از ۱٫۶ میلیارد تن فولاد در سراسر جهان تولید می‌شود.

فولاد با «میزان کربن محلول» به شدت افزایش می‌یابد، اما از طرفی این افزایش استحکام باعث کاهش قابلیت و افزایش احتمال می‌شود. استحکام فولادهای فریتی (فِرومغناطیس) رابطه معکوسی با دارد. تلفیق استحکام و شکل‌پذیری با پایدارسازی فاز (پارامغناطیس) در فولادهای مدرن چند فازی قابل بهبود است.