پیش‌نویس:تولید فولاد

تولید فولاد یک فرآیند پیچیده است که از چند مرحله تشکیل می‌شود. در ادامه، به مختصر به مراحل تولید فولاد اشاره می‌کنم:

۱_ استخراج سنگ‌آهن: ابتدا سنگ‌آهن از معدن استخراج می‌شود. سپس این سنگ‌آهن‌ها توسط دستگاه‌های سنگ‌شکن به کلوخه و گندله تبدیل می‌شوند.

۲_ فرآوری: بعد از استخراج و آماده‌سازی سنگ‌آهن، آن را به همراه ذغال سنگِ کُک شو وارد کوره می‌کنند.

۳_ فولادسازی: همه این مواد به کوره تزریق می‌شوند و پس از حرارت دیدن (توسط احتراق سوخت و دمش هوا) تبدیل به آهن مذاب می‌شوند (آهن خام).

استخراج سنگ آهن

استخراج سنگ آهن یکی از مراحل اساسی در تولید فولاد است. این فرآیند شامل چندین مرحله است:

استخراج سنگ آهن از معدن

۱_اکتشاف: ابتدا، محل‌هایی که دارای ذخایر سنگ آهن هستند شناسایی می‌شوند. این کار معمولاً با بررسی‌های زمین‌شناسی و تست‌های ژئوفیزیکی انجام می‌گیرد.

۲_حفاری: پس از شناسایی محل، عملیات حفاری برای دسترسی به سنگ آهن آغاز می‌شود. حفاری می‌تواند به صورت روباز یا زیرزمینی باشد.

۳_انفجار: در معادن روباز، برای شکستن و خرد کردن سنگ‌های بزرگ، از مواد منفجره استفاده می‌شود.

۴_بارگیری و حمل: پس از انفجار، سنگ‌های خرد شده توسط لودرها و کامیون‌ها بارگیری و به کارخانه‌های فرآوری حمل می‌شوند.

۵_فرآوری: در کارخانه‌های فرآوری، سنگ آهن خرد شده تحت فرآیندهایی مانند سنگ‌شویی، دانه‌بندی و جداسازی مغناطیسی قرار می‌گیرد تا عیار آهن آن افزایش یابد.

این مراحل به تولید کنسانتره آهن منجر می‌شود که ماده اولیه برای تولید فولاد است. سنگ آهن در طبیعت به صورت کانی‌های مختلفی مانند هماتیت و مگنتیت یافت می‌شود که هر کدام خصوصیات منحصر به فردی دارند

فرآوری

مرحله فرآوری سنگ آهن شامل چندین فرایند است که هدف از آن‌ها افزایش عیار آهن و حذف ناخالصی‌ها است تا محصول نهایی برای تولید فولاد مناسب باشد. در اینجا به توضیح مراحل کلیدی فرآوری سنگ آهن می‌پردازیم:

۱_خردایش: سنگ آهن استخراج شده ابتدا به کارخانه فرآوری منتقل شده و در آنجا خرد می‌شود تا به اندازه‌های کوچکتر تبدیل شود.

۲_سرند کردن: پس از خردایش، سنگ آهن از سرندها عبور داده می‌شود تا بر اساس اندازه دانه‌بندی شود.

۳_جداسازی مغناطیسی: در این مرحله، با استفاده از جداکننده‌های مغناطیسی، آهن از سایر مواد جدا می‌شود. این فرآیند برای سنگ‌هایی با خاصیت مغناطیسی مانند مگنتیت انجام می‌گیرد.

۴_پرعیارسازی: این مرحله شامل استفاده از روش‌های مختلفی مانند شستشو، فلوتاسیون و یا جداسازی گرانشی است تا عیار آهن افزایش یابد و ناخالصی‌ها حذف شوند.

۵_آبگیری: پس از پرعیارسازی، محصول حاصله باید از آب جدا شود تا بتواند به صورت کنسانتره آهن یا گندله‌های آهن به کوره‌های بلند برای تولید فولاد منتقل شود.

این مراحل به تولید کنسانتره آهن منجر می‌شود که ماده اولیه برای تولید فولاد است. کنسانتره آهن دارای عیار بالاتری نسبت به سنگ آهن خام است و برای تولید فولاد در کوره‌های بلند استفاده می شود.

فولاد سازی به روش کوره بلند

نمای واقعی از کوره بلند

فولادسازی فرایندی است که در آن فولاد از سنگ‌آهن یا قراضه آهن تولید می‌شود. این فرایند شامل چندین مرحله است که در زیر به آن‌ها اشاره می‌کنیم:

۱_کوره بلند: در این مرحله، سنگ‌آهن، کک (زغال سنگ فرآوری شده) و سنگ آهک در کوره بلند قرار داده می‌شوند تا آهن خام تولید شود.

۲_فولادسازی اولیه: آهن خام حاصل از کوره بلند به همراه قراضه آهن به کوره‌های فولادسازی منتقل می‌شود. در این مرحله، ناخالصی‌هایی مانند گوگرد، فسفر و کربن اضافی حذف و عناصر آلیاژی مانند منگنز، نیکل، کروم و وانادیم اضافه می‌شوند تا فولاد با خواص مورد نظر تولید شود.

۳_فولادسازی ثانویه: این مرحله شامل تصفیه بیشتر فولاد مذاب و اصلاح ترکیبات آن است. ممکن است شامل گوگردزدایی، اصلاح در خلأ و افزودن عناصر آلیاژی دیگر باشد.

۴_ریخته‌گری: فولاد مذاب به قالب‌هایی ریخته می‌شود تا به شکل‌های مورد نیاز مانند تختال، میلگرد یا ورق تبدیل شود.

۵_نورد و پردازش نهایی: فولاد خام به ورق‌ها، میلگردها یا سایر محصولات نهایی نورد و شکل داده می‌شود.

این فرایند‌ها به طور مداوم در حال بهبود و تکامل هستند تا کیفیت فولاد تولیدی افزایش یابد و هزینه‌ها کاهش پیدا کند. فولاد به دلیل خواص مکانیکی بالا و قیمت نسبتاً پایین، در بسیاری از صنایع از جمله ساختمان‌سازی، خودروسازی و ساخت ماشین‌آلات کاربرد دارد.

فولاد سازی بر پایه اکسیژن(BOF)

فولادسازی برپایه اکسیژن، که به آن فرایند اکسیژن قلیایی یا فرایند BOF (Basic Oxygen Furnace) نیز گفته می‌شود.

۱_شارژ کوره: حدود ۷۰ درصد آهن مذاب از کوره بلند به همراه قراضه‌های آهن به داخل کوره اکسیژن قلیایی شارژ می‌شود.

فولاد سازی به بر پایه اکسیژن

۲_دمیدن اکسیژن: اکسیژن خالص با سرعت مافوق صوت به داخل کوره دمیده می‌شود. این اکسیژن با کربن و سیلیکون موجود در کوره واکنش نشان داده و حرارت زیادی تولید می‌کند که منجر به ذوب فولاد می‌شود.

۳_واکنش‌های شیمیایی: در این فرایند، اکسیداسیون آهن، منگنز، و فسفر نیز گرما تولید می‌کنند و کربن مونوکسید ایجاد شده در حین خروج از کوره نیز گرمای خود را به کوره می‌دهد.

۴_تولید فولاد: ماده خروجی از این کوره آهن مذاب با خصوصیات شیمیایی خاص است که در دمای بین ۱٬۵۹۰ تا ۱٬۶۵۰ درجه سلسیوس قرار دارد و در مراحل بعدی پالایش می‌شود.

این روش نسبت به روش‌های قدیمی‌تر مانند مبدل بسمر، که هوا را به جای اکسیژن خالص دمیده می‌شد، مزایایی دارد. دمیدن هوا مشکلاتی مانند حل شدن نیتروژن در فولاد و افت کیفیت فولاد به همراه داشت. فرایند اکسیژن قلیایی با استفاده از اکسیژن خالص این مشکلات را حل کرده و فرایندی کارآمدتر و با کیفیت‌تر را ارائه می‌دهد.

فولاد تولید شده از این روش در صنایع مختلفی مانند ساختمان‌سازی، خودروسازی، ساخت ماشین‌آلات و بسیاری دیگر از کاربردهای صنعتی و مصرفی استفاده می‌شود.

فولاد سازی به روش قوس الکتریکی(NEOF)

کوره قوس الکتریکی (NEOF) یکی از روش‌های مدرن فولادسازی است که برای ذوب فلزات با استفاده از حرارت تولید شده توسط قوس الکتریکی به کار می‌رود.

۱_شارژ کوره: در ابتدا، مواد اولیه که معمولاً آهن قراضه، آهن اسفنجی یا شمش چدن کوره بلند هستند، به داخل کوره شارژ می‌شوند.

فولاد سازی به روش قوس الکتریکی

۲_ذوب: سپس، با استفاده از الکترودهای گرافیتی، یک قوس الکتریکی بین الکترودها و بار فلزی ایجاد می‌شود که باعث ذوب شدن مواد می‌گردد. دمای کوره می‌تواند به حدود ۱۶۰۰ درجه سانتی‌گراد برسد.

۳_آلیاژسازی و تصفیه: پس از ذوب، فولاد مذاب به کوره پاتیلی منتقل شده و در آنجا عملیات آلیاژسازی و تصفیه انجام می‌شود. این شامل تنظیم میزان کربن و اضافه کردن عناصر آلیاژی برای رسیدن به ترکیب شیمیایی مورد نظر است.

۴_ریخته‌گری: فولاد تصفیه شده سپس به قالب‌های ریخته‌گری منتقل شده و به شکل‌های مورد نیاز مانند تختال، میلگرد یا ورق تبدیل می‌شود.

این فرایند به دلیل کنترل بهتر حرارت و امکان افزودن مقدار بیشتری آلیاژ نسبت به روش‌های دیگر، مزایایی دارد. همچنین، این روش از نظر محیط زیستی نیز مزایایی دارد، زیرا امکان استفاده مجدد از آهن قراضه را فراهم می‌کند و به کاهش نیاز به استخراج سنگ‌آهن جدید کمک می‌کند.