loader image

فرآیند عمومی تولید در صنایع فولاد

در این مقاله سعی داریم به اختصار مراحل عمومی تولید فولاد از ابتدا تا تولید محصول نهایی را بیان نماییم:

مراحل تولید:

1- فرآوری سنگ آهن (به عنوان ماده اولیه) و تولید گندله

2- تولید آهن اسفنجی

3- تولید تختال (شمش فولادی)

4- تبدیل تختال به کلاف گرم از طریق فرآیند نورد گرم

5-تولید کلاف گرم از طریق فرایند نورد سرد

6- عملیات تکمیلی فولاد و تولید محصول نهایی کلاف و ورق سرد

7- عملیات پوشش دهی و تولید ورق فولادی پوشش دار (مانند ورق گالوانیزه ، ورق رنگی، ورق قلع اندود)

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

مرحله اول

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 ۱۶۵۰ درجه سانتی گراد می باشد. حداقل دمای مجاز برای ریخته گری مذاب ۱۵۸۰ درجه می باشد. به همین لحاظ بعد از عملیات تکمیلی، مذاب باید بلافاصله برای ریخته گری ارسال گردد.

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 ۱۲۰۰ 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 ورق گالوانیزه، ورق قلع اندود و ورق رنگی می شود. محصولات پوشش دار محصولات با کیفیت و مقاوم در مقابل زنگ زدگی هستند که برای مصارف خاص به کار گرفته می شوند. در فرایند قلع اندود سطح کلاف با لایه نازکی از قلع پوشش داده می شود. ورق های قلع اندود در صنایع غذایی و همچنین تولید قوطی های حلبی مورد استفاده برای محلول ها و مواد شیمیایی کاربرد دارند. در فرایند گالوانیزه، سطح ورق با لایه نازک روی پوشش داده می شود. از این محصول برای ساخت مخازن و … استفاده می شود. ورق گالوانیزه را می توان به عنوان محصول نیم ساخته در فرایند پوشش رنگی به کار گرفت. در این فرایند سطح ورق فولادی با رنگ های مخصوصی پوشش داده می شود. ورق رنگی بیشتر در صنایع تولید لوازم خانگی، ساخت سوله ها و … به کار می رود.

به طور کلی فولاد خام در ایران از دو روش زیر تولید می گردد

۱ – تهیه آهن خام یا چدن مذاب در کوره بلند و تولید فولاد در کنورتورهای اکسیژنی که این روش در ذوب آهن اصفهان انجام می شود.

۲ – احیای مستقیم سنگ آهن و ذوب آهن اسفنجی و قراضه در کوره های الکتریکی از قبیل قوس الکتریکی نظیر کوره های قوس الکتریکی فولاد خوزستان یا کوره های القایی مجتمع فولاد جنوب

لازم به ذکر است که تولید فولاد از روش های دیگری نظیر روش کوره باز نیز انجام می گیرد که با توجه به حجم تولید بسیار محدود آن در جهان ، که طبق آمار جامعه جهانی فولاد حدود ۲٫۵ درصد از کل تولید فولاد جهان در سال ۲۰۰۷ بوده است و همچنین کاهش پیوسته تولید از این روش ، در اینجا مورد بررسی قرار نمی گیرد.

در روش اول، که شیوه سنتی تولید است از احیای غیر مستقیم آهن استفاده گردیده، سنگ آهن پس از فرآوری به همراه آهک و کک وارد کوره بلند شده، آهن خام یا چدن مذاب به دست می آید. در مرحله بعد آهن خام در یک مبدل به فولاد مذاب تبدیل گردیده، کربن و ناخالصی های دیگر آن به کمک اکسیژن خارج و فولاد خام تولید می گردد. روش دوم تولید فولاد، استفاده از کوره های الکتریکی و ذوب مجدد قراضه آهن و فولاد می باشد. به دلیل کمبود منابع قراضه در جهان و نیز رشد فزاینده قیمت آن در طول سال های گذشته، در این روش می توان به همراه قراضه از آهن اسفنجی نیز برای ذوب در کوره استفاده نمود.

طرز کار کوره بلند

هدف

مهمترین فرآیندی که در کوره بلند انجام می شود احیای اکسیدهای آهن و ذوب آهن خام و تفکیک آن از ناخالصی ها است. کوره بلند تاسیسات عظیمی است. سنگ آهن، ذغال سنگ و سنگ آهک از بالا وارد شده، و هوای پیش گرم از کف دمیده می شود. مواد خام۶ تا ۸ ساعت نیاز دارند تا به کف کوره برسند، و محصولات نهایی یعنی چدن مذاب و سرباره در آن جا تشکیل می شوند. این محصولات مایع طی فاصله های معین از کوره بیرون کشیده می شوند. هوای داغی که به کف کوره دمیده می شود به بالای کوره در ۶ تا ۸ ثانیه بعد از واکنش های شیمیایی زیاد صعود می کند. از زمانی که کوره بلند شروع به کار می کند، کار آن به مدت ۴ تا ۱۰ سال با توقف های کوچک جهت انجام عملیات نگهداری ادامه می یابد.

فرآیند

اکسیدهای آهن در قالب سنگ معدن خام، قرص یا زینترن (کلوخه) وارد کوره بلند می شوند. سنگ خام از زمین خارج شده و به تکه های ۱٫۲۵ تا ۳٫۷۵ سانتی متر قالب زده می شود. این سنگ یا هماتیت است یا مگنتیت و به میزان ۵۰ تا ۷۰ درصد محتوی آهن است. این آهن به دست آمده از کانی می تواند مستقیما به داخل کوره بلند بدون هیچ عملیات اضافی تخلیه شود. سنگ آهن که محتوی مقدار کمی آهن است باید برای ذوب شدن آماده شود.

قرص ها از سنگ دارای آهن کمتر تولید می شوند. این کانی در یک نوع پودر له و خرد شده و سپس ماده زائد که ناخالصی نامیده می شود می تواند جدا گردد. پودر مملو از آهن باقی مانده به صورت توپ هایی غلتانده شده و در یک کوره برای تولید قرص های قوی، به اندازه تیله سوزانده می شوند که این قرص ها حاوی ۶۰ تا ۶۵ درصد آهن هستند. زینترن از سنگ خام رقیق شده، زغال کوچک، سنگ آهن به اندازه شن و تعداد کثیری مواد زائد فولادی که حاوی مقداری آهن هستند تولید می شود. این مواد رقیق شده برای به دست آوردن محصول مورد نظر تناسب بندی شده و سپس با هم مخلوط می گردند.

این مخلوط ماده خام روی رشته زینترن قرار داده می شود و با گاز قابل اشتعال کوره آتش می گیرد و با حرارت ناشی از زغال رقیق ذوب شده به تکه های بزرگ تر ۱٫۲۵ تا ۵ سانتی متر تبدیل می شود. سنگ آهن، قرص ها و زینترن ها بدون هیچ ناخالصی، تبدیل به آهن مذاب تولید شده در کوره بلند می شوند.

زغال از ترکیب چند زغال کک تولید می شود. زغال در درون یک پودر قرار گرفته و سپس درون یک اجاق تخلیه می گردد. سپس پخته می شود و بخش زیادی از ماده سبک آن از جمله روغن و تفاله خارج می گردد. زغال پخته شده که زغال کک نام دارد، بعد از ۱۸ تا ۲۴ ساعت از زمان واکنش از اجاق خارج می شود. زغال کک سرد شده و به تکه های ۲٫۵ تا ۱۰ سانتی متر تقسیم می شود. کک محتوی ۹۰ تا ۹۳ درصد کربن، مقداری سرباره و سولفور است. اما در مقایسه با کک خام بسیار قوی است. تکه های قوی کک با ارزش انرژی بالا، حرارت و گازهایی را تولید می کنند که مورد نیاز فرآیند کاهش و ذوب سنگ آهن، قرص ها و زینترن هستند.

ماده خام نهایی در تولید سنگ آهن در سنگ آهک پرورش داده می شود. سنگ آهک به وسیله انفجار توسط ماده قابل انفجار از زمین خارج می شود. این ماده سپس به تکه های ۱٫۲۵ تا ۳٫۷۵ سانتی متری تقسیم می شود تا به گدازه کوره بلند تبدیل گردد. این گدازه می تواند به سنگ آهک با کلسیم بالا، سنگ آهک که حاوی منیزیم یا مخلوطی از دو نوع سنگ آهک است خالص سازی شود. از زمانی که سنگ آهک ذوب می شود تا سرباره جهت خارج کردن سولفور و دیگر ناخالصی ها تشکیل گردد، اپراتور کوره بلند می تواند انواع مختلف سنگ را مخلوط کرده تا سرباره شیمیایی مورد نظر را تولید کند.

محصول دیگر فرآیند ساخت آهن، علاوه بر آهن مذاب و سرباره، گازهای داغ است. این گازها از بالای کوره خارج می شوند و از میان وسایل تمیزکننده گاز عبور می کنند. در این وسایل مواد ریز از گاز جدا شده و گاز خنک می شود. این گاز مقدار قابل توجهی انرژی دارد بنابراین به عنوان سوخت در اجاق های کوره که به عنوان پیش گرم کن هوای ورودی کوره بلند استفاده می شود به کار می رود. هر گازی که در اجاق ها نسوخته باشد به محل دیگ فرستاده می شود تا برای تولید بخاری که یک دمنده توربینی را می چرخاند تا هوای فشرده به عنوان هوای سرد وارد اجاق ها شود استفاده گردد. کوره بلند یک واحد با جریان مشخص است که در آن مواد جامد پایین می آیند و گازها بالا می روند. در این راکتور فرآیندهای زیاد شیمیایی و فیزیکی وجود دارند که محصول نهایی مطلوب که چدن است را تولید می کنند. یک نمونه چدن از لحاظ شیمیایی به صورت زیر است.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *