در مورد صنعت فولاد

مقدمه

آهن به طور گسترده‌ در پوسته زمین به شکل ترکیب‌های معدنی مختلف یافت می‌شود(اکسیدها، سنگ‌های معدنی آبدار، کربنات‌ها، سولفایدها، سیلیکات‌ها و...). انسان از زمان‌های پیش از تاریخ، یاد گرفته بود که چگونه این مواد معدنی را به وسیله شستن، خردکردن، و غربال نمودن و جدا کردن کلوخه‌هاف برای ذوب کردن آماده نموده و آهن و فولاد تهیه کند. با شروع تاریخ، صنعت آهن در بسیاری از کشورها توسعه یافت و تهیه آن از منابع محلی و ذغال حاصل از جنگل‌ها (به عنوان سوخت) رو به افزایش نهاد. کشف این نکته (از اوایل قرن هیجدهم) که «کک» می‌تواند به جای ذغال چوب بع عنوان سوخت به کار برده شود، انفقلابی را در صنعت آهن به وجود آورد و سبب شد که در صنایع دیگر نیز تحولات عظیمی رخ دهد. در این زمان کشورهایی که دارای منابع آهن و کک در مجاورت یکدیگر بودندف سود فوق‌آلعاده‌ای به دست آوردند.

رشد صنعت فولاد از قرن نوزدهم شروع شد، زیرا فرآیندهای ذوب جدیدی ابداع گردید، مانند کوره «بسمر» در سال 1855، کوره‌های با که با گاز طبیعی کار می‌کردند(1864) و کوره‌های الکتریکی (1900). در اواسط این قرن با استفاده از اکسیژن، به خصوص طبق فرایند LD(linz-donowitz) این امکان را فراهم ساخت تا بتوان فولادی با کیفیت بسیار بالا و قیمتی نسبتاً کمتر به مقدار زیاد تولید کرد.

امروزه تولید فولاد، شاخص پیشرفت ملی بوده و اساس تولید انبوه، در سایر صنایع، مانند؛ کشتی‌سازی، اتومبیل‌سازی، ساختمان، ماشین‌سازی، تهیه ابزار و تولید لوازم خانگی و صنعتی می‌باشد. توسعه حمل‌ونقل به خصوص حمل‌ونقل دریایی، امکان تبادل مواد خام مورد نیاز(سنگ‌های معدنی آهن، زغال سنگ، نفت، آهن‌های قراضه و مواد افزودنی) را با ارزش اقتصادی فراهم آورده است. بنابراین نزدیک بودن معادن سنگ آهن به معادن زغال سنگ دیگر مزیت چندانی محسوب نمی‌شود و کشورهای عمده صنعتی با تأسیس کارخانه‌های ذوب آهن و فولادسازی در سواحل خود به راحتی نیازهای‌خود را از نظر مواد خام برآورده کرده و آن‌ها را از کشورهای صادرکننده وارد می‌نمایند. کشورهای صادرکننده نیز از مواد صنعتی مرغوب بهره‌مند می‌گردند.

در دهه‌های گذشته، فرآیند احیای مستقیم توسعه یافته و کیفیت خود را به اثبات رسانده‌اند. سنگ‌های آهن با عیار بالا، به وسیله خارج کردن اکسیژن موجود در آن‌ها به آهن اسفنجی تبدیل می‌گردد و در نتیجه یک ماده آهنی جایگزین یک ماده بی‌مصرف می‌شود.

آهن و تولید فولاد

تولید جهانی ذوب آهن در سال 1979 بالغ بر 526 میلیون تن گردید که 80 میلیون تن آن در آمریکا، 109 میلیون تن در شوروی(سابق)، 98 میلیون تن در جامعه اروپا(35 میلیون تن در جمهوری فدرال آلمان )، 83 میلیون تن نیز متعلق به ژاپن بود. تولید جهانی شمش فولاد در سال 1976 بالغ بر 796 میلیون تن بود که از این مقدار 126 میلیون تن در آمریکاف 149 میلیون تن در شوروی سابق، 140میلیون تن در کشورهای اروپایی (46 میلیون تن توسط جمهوری فدرال آلمان و 24 میلیون تن توسط کشور ایتالیا) 112میلیون تن در ژاپن و 34 میلیون تن در چین تولید شد.

امروزه تمایل به بر این است که کل صنعت تهیه فولاد از موقع دریافت سنگ آهن و زغال سنگ تا مراحل نهایی تولید، در یک جا جمع شود. چنین مجتمع‌های تهیه فولاد با ظرفیت تولید تا 10 میلیون تن در سال در بسیاری از کشورهای تولید کننده عمده فولاد بسیار است. البته کارخانه‌های کوچکی هم وجود دارند که تولید آن‌ها فقط آهن، فولاد و یا نوع به خصوصی از فولاد است.

ساخت آهن

قسمت اساسی کارخانه، کوره‌های انفجاری است که سنگ آهن را ذوب کرده (احیاء) و به چدن تبدیل می‌نماید. کوره را از بالا با سنگ آهن، کک و سنگ آهک پر می‌کنند و هوای داغ و اکسیژن را از زیر به داخل کوره می‌دمند. مونوکسیدکربن حاصل از کک، سنگ آهک به عنوان یک مادة گدازنده عمل می‌کند. در حرارت 1600 درجه سانتی‌گراد، چدن ذوب شده و در ته کوره جمع می‌شود و سنگ آهک ب چند بار تخلیه و باقیمانده‌ها را برای مصارف دیگر به قسمت ذوب فلزات و فولادسازی به کار می‌برند.

بعضی از کارخانه‌های بزرگ، خود ارای کوره کک‌سازی نیز می‌باشند. همان‌طور که در بالا ذکر شد، سنگ آهن را قبل از ریختن به داخل کوره انفجاری طی مراحل مختلفی (شستن، خردکردن به اندازه‌های مناسب، غربال کردن، جداسازی قطعات کوچک و نخاله‌ها، داغ کردن و ...) آماده می‌نمایند. سرباره‌ها را نیز برای مصارف دیگر از کوره خارج و به قسمت‌های دیگر می‌فرستند (تولید سمنت).

فولادسازی

چدن دارای مقادیر زیادی کربن و ناخالصی‌های دیگر می‌باشد (به خصوص گوگرد و فسفر)، لذا باید تصفیه شود. مقدار کربن را باید کم کرد، ناخالصی‌ها را باید کم کرد، ناخالصی‌ها را اکسید کرده و آهن را تبدیل به فلزی بسیار قابل انعطاف نمود، تا چکش‌خوار و قابل استفاده شود. هدف از فولادسازی نیز همین است. سه نوع کوره برای تهیه فولاد وجود دارد، کوره باز، کوره مبدل و کوره الکتریکی. برای تهیه فولاد در کوره‌های باز (نفت‌سوز یا گاز سوز) از چدن یا قراضه‌های آهن استفاده می‌شود. این روش به تدریج به وسیله کوره‌های مبدل جایگزین می‌گردد. در کوره‌های مبدل هوا یا اکسیژن به داخل اکسیژن مذاب دمیده می شود. درکوره‌هایالکتریکی،آهنقراضه‌هایباکیفیت بالا و قطعات آهن اسفنجی، مواد خام مورد نیاز را تشکیل می‌دهند.

فولادهای مخصوص آلیاژهایی از فولاد هستند که از ترکیب عناصر فلزی دیگر با آن تهیه می‌گردند و دارای کیفیت خاص بوده و برای مقاصد ویژه‌ای ساخته می‌شوند. مثلاً افزودن کرم برای جلوگیری از زنگ زدن، استفاده از «تنگستن» برای سخت کردن و افزایش مقاومت فولاد در مقابل حرارت‌های بالا، اضافه‌کردن نیکل برای افزایش استحکامف قابلیت خم شدن و مقاومت در مقابل سایش. این مواد آلیاژ ساز را ممکن است به داخل کوره‌های انفجاری اضافه کرده و یا به داخل فولاد مذاب بریزند (به داخل کوره یا ملاقه).

فولاد مذاب را از کوره‌های به داخل قالب می‌ریزند و از آن شمش تهیه می‌کنند. این شمش‌ها را در گودال‌های مرطوب انبار می‌نمایند، مثلاً در کوره‌های دردار زیرزمینب، جایی که بتوان شمش‌ها را قبل از ارسال برای نورد یا فرآیندهای دیگر گرم نمود.