روش های تولید فولاد در جهان

<h2>مقدمه روش های تولید فولاد</h2> <p>ساخت فولاد (Steelmaking) فرایند تولید فولاد از سنگ آهن (Iron Ore) و یا آهن قراضه (Scrap) است. در ساخت فولاد ناخالصی هایی مانند نیتروژن، سیلیکون، فسفر، گوگرد و کربن اضافی که مهمترین ناخالصی به شمار می آید از آهن حذف شده و آلیاژهای دیگری مانند منگنز، نیکل، کروم، کربن و وانادیوم به منظور ایجاد گریدهای مختلف فولاد به آن اضافه می شود. محدود کردن گازهای حل شده ای مانند نیتروژن و اکسیژن و ناخالصی های حباب مانند در فولاد به منظور اطمینان از کیفیت محصولات ریخته شده از فولاد مایع نیز بسیار مهم است.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="روش های تولید فولاد.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1643276766818.jpg" alt="روش های تولید فولاد" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۱- روش های تولید فولاد</p> <p>ساخت فولاد هزارسال قدمت دارد اما از قرن چهاردهم به بعد بود که تولید انبوده آن تجاری سازی شد. فرآیند بوته ای (Crucible Process) فرایندی ست که در قدیم مورد استفاده قرار می گرفته است. در بین سال های 1850 و 1860 فرایند بسمر (Bessemer Process) و فرایند زیمنس-مارتین (Siemens-Martin) برای تولید انبوه فولاد به کار گرفته شد.</p> <p>دو روش عمده برای تولید تجاری تولید فولاد وجود دارد که یکی تحت نام ساخت فولاد اکسیژن پایه (Basic Oxygen) و دیگری کوره قوس الکتریک (EAF) شناخته می شود. در روش اول آهن مایع از کوره بلند و فولاد قراضه به دست می آید و در روش دوم از فولاد قراضه یا آهن اسفنجی به عنوان ماده اولیه استفاده می شود. ساخت فولاد به روش اکسیژن به وسیله ی طبیعت گرماده واکنش ها انجام می شود اما در روش قوس الکتریکی، انرژی الکتریکی برای ذوب کردن فولاد قراضه و یا DRI استفاده می شود. در دوره های اخیر، فولادسازی EAF به روش اکسیژن نزدیک تر شده است و انرژی شیمیایی بیشتری در این فرایند مورد استفاده قرار می گیرد.</p> <p>ساخت فولاد یکی از صنایعی ست که حجم بالایی کربن تولید و متساعد می کند. در سال 2020 ساخت فولاد مسئول 7 تا 9 درصد از کل گازهای کلخانه ای بوده است که در جهان تولید شده است. به منظور کاهش گرمای جهانی، صنعت نیاز دارد تا راه هایی برای کاهش دادن گازهای متساعد شده به کار بندد. در سال 2020 شرکت McKinsey یک سری تکنولوژی برای کربن زدایی شامل استفاده از هیدروژن، جذب کربن و استفاده مجدد از آن و حداکثر کردن استفاده از کوره های قوس الکتریکی به وسیله ی انرژی پاک شناسایی کرده است.</p> <p><strong>آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:</strong></p> <ul> <li><a title="تاریخچه ساخت میلگرد" href="#history">تاریخچه ساخت میلگرد</a></li> <li><a title="فرایندهای مدرن ساخت میلگرد" href="#process">فرایندهای مدرن ساخت میلگرد</a></li> <li><a title="فولادسازی اولیه" href="#avalie">فولادسازی اولیه</a></li> <li><a title="فولاد سازی ثانویه" href="#seconadry">فولاد سازی ثانویه</a></li> <li><a title="انتشار گاز دی اکسید کربن" href="#emission">انتشار گاز دی اکسید کربن</a></li> </ul> <h2>تاریخچه ساخت میلگرد</h2> <p><span id="history"></span>ساخت فولاد نقش بسیار مهمی در توسعه ی تمدن ها و جوامع با تکنولوژی مدرن داشته است. فرایندهای اولیه ی ساخت فولاد در طول دوره های کلاسیک مانند ایران باستان، چین باستان و هند و روم به وجود آمدند.</p> <p>چدن یک متریال سخت و شکننده است که کارکردن با آن دشوار است در حالی که فولاد چکش خوار است. در بیشتر زمان ها در تاریخ بشر فولاد تنها در مقادیر بسیار کم تولید می شد. تا زمانی که فرایند بسمر در قرن نوزدم در بریتانیا ابداع شد و تکنولوژی های مرتبط با آن توسعه یافتند. در آن زمان بودکه تولید انبود فولاد بخش عمده ای اقتصاد جهانی را شامل شد.</p> <blockquote> <p>بیشتر مطالعه کنید: <a title="فرق آهن و فولاد چیست؟" href="https://www.modiranahan.com/article/346/%D8%AA%D9%81%D8%A7%D9%88%D8%AA-%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%AF-%D9%88-%D8%A2%D9%87%D9%86-%DA%86%DB%8C%D8%B3%D8%AA" target="_blank" rel="nofollow">فرق آهن و فولاد چیست؟</a></p> </blockquote> <h2>فرایندهای مدرن ساخت فولاد</h2> <p><span id="process"></span>فرایندهای مدل ساخت فولاد می تواند به سه دسته تقسیم بندی شود: اولیه، ثانویه و ثالثیه.</p> <p>بخش اولیه شامل ذوب آهن به فولاد است. فولاد سازی ثانویه شامل اضافه کردن یا حذف برخی از عناصر مانند عوامل آلیاژی و گازهای محلول است و فولاد سازی ثالثیه شامل ساخت ورق ها و رول ها و سایر مقاطع فولادی ست. برای هر کدام از این مراحل روش های متعددی به کار گرفته می شود.</p> <h2>فولادسازی اولیه</h2> <h3>اکسیژن پایه</h3> <p><span id="avalie"></span>فولادسازی اکسیژن پایه یکی از روش های اولیه ساخت فولاد است که در آن چدن خام (Pig Iron) ذوب شده و به فولاد تبدیل می شود. اکسیژن درون چدن خام دمیده می شود و بخشی از کربن را به&nbsp; CO منفی و CO2 تبدیل می کند و باعث تشکیل فولاد می شود. نسوزهایی مانند اکسید کلیسیم و اکسید منگنز لوله های مذاب را پوشش می دهد و باعث می شود تا بتوانند حرارت بالا و همچنین ماهیت خورنده ی فلز مذاب و سرباره را تحمل کنند. فرایندهای شیمیایی به دقت کنترل می شوند تا تضمین کننده ی حذف ناخالصی هایی مانند سیلیسیم و فسفر از فولاد باشند.</p> <p>فرایند مدرن در سال 1948 به وسیله روبرت دورر (Robert Durrer) به عنوان تصحیح کننده ی مبدل بسمر توسعه داده شد که در آن اکسیژن به جای هوا به کار برده شد. این تغییر باعث کاهش زمان ذوب شد. در سال 2011، به میزان 70 درصد از فولاد جهانی به وسیله ی کوره های اکسیژن پایه ساخته می شد. کوره های می توانند نزدیک به 350 تن آهن را در کمتر از 40 دقیقه به فولاد تبدیل کنند. این زمان برای کوره های قلب باز نزدیک به 10 تا 12 ساعت است.</p> <h3>قوس الکتریکی</h3> <p><span id="acr"></span>ساخت فولاد به کمک کوره ی قوس الکتریکی به کمک قراضه یا آهن احیا شده انجام می شود. در این روش ماه اولیه به درون کوره وارد می شود، گاهی از فولاد مذاب ناشی از مراحل قبلی هم استفاده می شود. گازهای سوزانده نیز به منظور کمک کردن به فرایند ممکن است به کار برده شود. مانند فرایند اکسیژن پایه، از فلاکس نیز برای حفاظت از خطوط استفاده می شود. کوره های قوس الکتریکی توانایی تولید 100 تن فولاد در 40 تا 45 دقیقه را دارند.</p> <blockquote> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="کوره قوس الکتریکی.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1643277063463.jpg" alt="کوره قوس الکتریکی" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۲ - کوره قوس الکتریکی</p> </blockquote> <h2>فرایند HIsarna</h2> <p><span id="hlksara"></span>در این فرایند سنگ آهن تقریبا به صورت مستقیم به آهن ماهیع یا فلز داغ تبدیل می شود. فرایند بر پایه نوعی از کوره بلند به نام کوره مبدل سیکلون است که باعث می شود مرحله تولید گندله چدن خام که در فرایند اکسیژن پایه ضروری ست حذف شود. با این کار فرایند HIsarna انرژی کمتری مصرف می کندو کربنی کمتری نیز در مقایسه با روش های متداول ساخت فولاد تولید می شود.</p> <h3>کاهش هیدروژن</h3> <p>فولاد می تواند از فرایند احیای مستقیم آهن تولید شود که در آن سنگ آهن به وسیله مجموعه ای واکنش های شیمیایی با هیدروژن احیا می شود. هیدروژن تجدید پذیر اجازه می دهد تا ساخت فولاد بدون استفاده از سوخت های فسیلی انجام شود. در سال 2021 یک سایت پایلوت در سوئد تست شد. احیای مستقیم در دمای 820 درجه سانتیگراد (1500 درجه فارنهایت) انجام گرفت. آهن با کربن (از زغال سنگ) در کوره قوس الکتریکی وارد می شود. هیدروژن از طریق الکترولیز تولید می شود و تقریبا به 2600 کیلووات ساعت انرژی نیاز دارد. هزینه های این روش نیز 20 تا 30 درصد بالاتر از متدهای متداول است.</p> <h2>فولاد سازی ثانویه</h2> <p><span id="seconadry"></span>ساخت فولاد ثانویه معمولا در پاتیل انجام می شود. برخی از عملیات مانند اکسیژن زدایی، اضافه کردن آلیاژها، پاک کردن ناخالصی ها، گوگرد زدایی و اصلاح شیمیایی ناخالصی ها درون پاتیل انجام می شود. کنترل دقیق متالورژی پاتیل باعث تولید فولاد در گریدهای بالا شده است. &nbsp;</p> <blockquote> <p>بیشتر مطالعه کنید: <a title="انواع فولاد و کاربردهای آن&nbsp;" href="https://www.modiranahan.com/article/38/%D8%A7%D9%86%D9%88%D8%A7%D8%B9-%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%AF-%D9%88-%DA%A9%D8%A7%D8%B1%D8%A8%D8%B1%D8%AF-%D8%A2%D9%86-%D9%87%D8%A7-%D9%86%D8%AD%D9%88%D9%87-%D8%AA%D9%88%D9%84%DB%8C%D8%AF-%D8%A7%D9%86%D9%88%D8%A7%D8%B9-%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%AF" target="_blank" rel="nofollow">انواع فولاد و کاربردهای آن&nbsp;</a></p> </blockquote> <h2>انتشار دی اکسید کربن</h2> <p><span id="emission"></span>تولید فولاد بین 7 تا 9 درصد از انتشار دی اکسید کربن را باعث می شود. ساخت 1 تن فولاد در حدود 1.8 تن دی اکسید کربن منتشر می کند. بخش بزرگی از این انتشار نتیجه ی فرایندهای صنعتی ست که در آن زغال سنگ به عنوان منبع کربن برای حذف اکسیژن از سنگ آهن و عمدتا در کوره بنلد به کار برده می شود.</p> <blockquote> <p>بیشتر مطالعه کنید: <a title="صنعت فولاد چقدر آب مصرف می کند." href="https://www.modiranahan.com/article/538/%D8%B5%D9%86%D8%B9%D8%AA-%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%AF-%DA%86%D9%82%D8%AF%D8%B1-%D8%A2%D8%A8-%D9%85%D8%B5%D8%B1%D9%81-%D9%85%DB%8C-%DA%A9%D9%86%D8%AF" target="_blank" rel="nofollow">صنعت فولاد چقدر آب مصرف می کند.</a></p> </blockquote>