مروری بر تاریخچه ورود صنعت فولاد به ایران (بخش سوم و پایانی)

*مهندس مجتبی فردیار

صنعت فولاد در جهان

امروزه صنعت فولاد یکی از صنایع پایه و استراتژیک جهان به شمار می رود تا آنجا که سرانه مصرف فولاد در کشورها به عنوان معیاری برای توسعه یافتگی به کار برده می شود.

روش های تولید فولاد :

انتخاب روش های تولید فولاد بیشتر به در دسترس بودن مواد اولیه و هزینه به دست آوردن این مواد اولیه بستگی دارد. برای حضور در بازار جهانی فولاد و تولید رقابتی با سایر کشورهای جهان می بایست روش هائی برای تولید فولاد به کار گرفته شود که علاوه بر اتکاء به صنایع داخلی مواد اولیه با قیمت تمام شده کمتر تولید شده و امکان رقابت با محصولات سایر کشورها را دارا باشد.

کشف فلزات یکی از مهم ترین رویدادهای تاریخ بشر است. با کشف و استخراج فلزات زندگی بشر دگرگون شد. سرعت این دگرگونی بعد از انقلاب صنعتی فوق العاده افزایش یافت به شکلی که این تغییرات پایه های تمدن و صنعت بشر امروزی را بنیان نهاد. امروزه فلزات از اجزاء اصلی وسائل زندگی بشر به شمار می روند و زندگی و تمدن بشر امروزی بدون آن ها غیر قابل تصور است. برای سهولت در یادگیری، خواص و موارد مصرف فلزات آن ها را به صورت زیر طبقه بندی می کنند.

1-فلزات آهنی شامل فولادها و چدن ها

2-فلزات غیر آهنی یا آلیاژهای رنگی شامل آلومینیوم، طلا، روی و آلیاژهای آن ها پیدایش آلیاژها و فلزات رنگی مخصوصا آلومینیوم نقش و موارد استعمال فلزات آهنی را کم نمی کند و در اکثر موارد نیز نمی توان از آن ها به جای فلزات آهنی استفاده نمود. مقدار مصرف فلزات آهنی و همچنین مقدار فولاد تولید شده از عوامل اصلی تعیین قدرت اقتصادی یک کشور است.

پس از عبور بشر از مراحل ابتدائی تولید فولاد و آغاز عصر آهن به تدریج روش های صنعتی برای تولید این فلز به کار گرفته شد که به طور خلاصه به شرح زیر است.

ساخت اولین کوره بلند در مقیاس صنعتی بر پایه استفاده از کک توسط آبراهام داربی در سال 1735 میلادی.

تولید فولاد به روش زیمنس – مارتین در سال 1856-1840

تولید فولاد به روش بسمر (محیط اسیدی) در سال 1878

تولید فولاد به روش توماس (محیط بازی) درسال 1878

ساخت کوره قوس الکتریکی توسط پاول هرولت در سال 1900

ابداع روش کنورتور اکسیژن و ریخته گری پیوسته از سال 1950-1940

ابداع و صنعتی شدن روش احیاء مستقیم در اواخر دهه 1960

تکنولوژی های تولید فولاد مشتمل بر دو روش می باشد.

روش اول تولید فولاد از روش کوره بلند – کنورتور

در این روش سنگ آهن و کک زغال سنگ به عنوان انرژی به کوره بلند شارژ و مورد ذوب و احیاء قرار می گیردو تبدیل به چدن می شود. چدن با دمش اکسیژن و افزودن مواد کمک ذوب و مواد افزودنی دیگر در فولاد سازی به فولاد مورد نظر تبدیل می شود که 70 درصد تولید دنیا از این روش است.

روش دوم-احیاء مستقیم- کوره قوس الکتریکی

روش احیاء مستقیم با کوره قوس الکتریکی در ایران و کشورهای منطقه به خاطر منابع فراوان گاز و برق متداول تر است. در این روش انرژی از طریق گاز و برق تامین می شود و آهن اسفنجی در کوره های احیاء تولید و در کوره قوس الکتریکی ذوب و به فولاد خام تبدیل می شود. بیش از 83 درصد فولاد ایران از این روش تولید می گردد.

هرکدام از این دوروش فوق سرمایه گذاری های مختلفی دارند و به همین خاطر هم در هزینه های تولید و قیمت تمام شده باهم تفاوت هائی دارند. هرچه ظرفیت افزایش پیدا کند هزینه بهره برداری کاهش پیدا می کند. البته باز هم باید این نکته را اضافه کرد که امکان تامین مواد اولیه تاثیر زیادی در قیمت نهائی محصولات دارد و در ایران تامین ساده تر گاز و برق در مقایسه با کک و زغال سنگ باعث می شود تا باز این امکان در قیمت نهائی تاثیر گذار باشد.

از نظر مدرنیزه کردن هرکدام از این دو روش می توانند با تکنولوژی های روز بازسازی و مدرن شوند و با نو آوری ها، مصرف و بهره وری را بهبود بخشد. البته روش های دیگری مانند کورکس و فاینکس هم وجود دارد که درصد تولید پائینی دارند و بیشتر در سطح آزمایشی و تحقیقاتی صورت گرفته است که هنوز به مرحله تجاری نرسیده است.

کشورهائی که دارای منابع گاز و قراضه بوده اند تمایل به تولید فولاد به روش قوس الکتریکی داشته اند و کشورهائی که دارای منابع سنگ آهن و زغال سنگ می باشند تمایل به روش کوره بلند هستند.

شارژ آهن اسفنجی داغ در کوره فولادسازی. در مینی مایل های سنتی با شارژ مستقیم آهن اسفنجی داغ یا بریکت به کوره قوس الکتریک حدود 150 کیلووات ساعت به ازای هرتن فولاد مذاب در مصرف انرژی صرفه جوئی و 30 درصد تولید فولاد افزایش می یابد.

قراضه سنتی ترین ماده کوره های قوس الکتریکی می باشد. با افزایش کارآئی تجهیزات و کاهش مصرف انرژی، به عنوان محرک های رقابتی در صنعت جهانی فولاد، تولید قراضه شدیدا کاهش یافته است. همچنین قراضه موجود کیفیت بالائی ندارد، زیرا با سایر مواد مانند پلاستیک و فلزات غیرآهنی مخلوط شده است. نه تنها یافتن قراضه با کیفیت مشکل شده است بلکه به علت بالا رفتن قیمت آن، برای کوره های قوس الکتریکی از لحاظ قیمت های رقابتی در بازار فولاد نیز کار مشکل شده است. بنابراین در کل دنیا، قسمتی از قراضه با چدن مذاب (فلز داغ) و آهن اسفنجی جایگزین شده است. امروزه بیشتر کوره قوس الکتریکی با کارائی بالا، از 40 تا 50 درصد فلز داغ ، 40 تا 50 درصد آهن اسفنجی و مابقی قراضه استفاده می کنند.

در حال حاضر انتخاب های زیادی برای تولید آهن به شکل جامد / مذاب وجود دارد که شرح مفصل دارد.

میزان تولید فولاد خام ایران تا پایان سال 2017 میلادی به مقدار 21 میلیون و 736 هزار تن رسیده است و این در حالی است که تولید فولاد خام جهان تا پایان این سال بالغ بر یک میلیارد و 675 میلیون تن بوده است. سهم کشور ایران در تولید فولاد خام جهانی 2/1 درصد میباشد. میزان تولید سالانه فولاد خام در کارخانه ذوب آهن اصفهان 2.2 میلیون تن بوده است. سهم فرآیندهای فولاد با استفاده از کوره بلند و کنورتور اکسیژنی و کوره های قوس الکتریکی در تولید فولاد خام ایران به ترتیب 7/16 و 3/83 درصد بوده است.

کاهش مصرف انرژی در تولید فولاد  

مزایای استفاده از چدن مذاب در کوره قوس الکتریکی

استفاده از چدن مذاب در کوره های قوس الکتریکی می تواند مزایائی به شرح زیر داشته باشد.

2-1 کاهش مصرف انرژی الکتریکی

با استفاده از انرژی حرارتی و شیمیائی (کربن) مذاب در کوره قوس الکتریکی (در صورت استفاده از چدن مذاب آهن) مصرف انرژی الکتریکی در این کوره ها تقریبا 3 Kwh/ton به ازای هر درصد شارژ چدن مذاب کاهش خواهد یافت. میزان انرژی موجود در مذاب بر اساس جدول قابل محاسبه است.

2-2 افزایش بهره وری کوره قوس الکتریکی

در نتیجه کاهش مصرف انرژی الکتریکی برای گرم و ذوب نمودن شارژ، زمان بر قراری قوس الکیریکی کاهش می یابد و می توان اتتظار داشت که زمان بین دو تخلیه نیز کاهش یابد و به همان نسبت بر میزان تولید کوره نیز افزوده گردد. البته لازم به ذکر است به دلیل بالاتر بودن محتوای کربن و سیلیسیوم در چدن نسبت به قراضه یا آهن اسفنجی مدت زمان دمش و در نتیجه میزان مصرف اکسیژن افزایش خواهد یافت. البته در برخی مقالات ذکر شده با توجه افزایش زمان دمش، زمان بین دو تخلیه در مجموع افزایش داشته است. میزان تغییرات زمان بین دو تخلیه  بستگی به مقدار استفاده و طراحی فرآیند خواهد داشت.

3-2 کاهش مصرف الکترود

در نتیجه کاهش مصرف انرژی الکتریکی می توان انتظار داشت از میزان مصرف الکترود برای برقراری قوس الکتریکی نیز کاسته شود. میزان کاهش در منابع مختلف متفاوت و در حدود10 گرم به ازای هردرصد افزایش چدن مذاب در شارژ ذکر گردیده است.

4-2 کاهش مصرف مواد کربن دار

با توجه به بالا بودن میزان کربن در چدن نسبت به قراضه وآهن اسفنجی، نیاز به شارژ مواد کربنی به کوره قوس الکتریکی کاهش خواهد یافت.

5-2 کاهش عناصر مضر در محصول نهایی

6-2 کاهش سطح نیتروژن در محصول نهائی

7-2 کاهش تولید گازهای گلخانه ای در مقایسه با سایر مواد آهنی

8-2 کاهش هزینه های تبدیل در مقایسه با استفاده از صد درصد قراضه

در شرکت Shahoguan در کشور چین که اولین واحد Consteel با استفاده از شارژ چدن مذاب در کوره های قوس الکتریک در آن سال 2000 مورد بهره برداری احداث گردید، از زمان کار با ظرفیت کامل و در شش ماهه اول سال 2002 نتائجی به شرح جدول یک بدست آمد. لازم به ذکر است با استفاده از 28 درصد چدن مذاب در کوره قوس الکتریکی، مصرف انرژی به میزان Kwh/t 260 رسیده است.

 

جدول یک استفاده از چدن مذاب در کوره قوس الکتریکی شرکت Shahoguan

 

	با چدن مذاب	با چدن جامد
مخلوط شارژ
درصد قراضه	72	82
درصد چدن مذاب	28	صفر
درصدچدن جامد	صفر	18
مقدار آهک کیلوگرم بر تن	45	42
انرژی الکتریکی کیلووات ساعت بر تن	260	364
اکسیژن متر مکعب بر تن	7/31	5/32
کربن کیلوگرم بر تن	2/5	8/6
مصرف الکترود کیلوگرم بر تن	42/1	52/1
وزن هر ذوب به تن	100	100
متوسط زمان ذوب	62	71
تعداد ذوب در روز	22	19

 

این شرکت در سال2006 به تولید 31 ذوب در روز با مصرف انرژی الکتریکی 250 Kwh/t  دست یافته است.

شرکت Wuxi  کوره قوس الکتریکی این شرکت با ظرفیت 70 تن در سال 2001 راه اندازی شد و در سال اول به تولید 500 هزار تن بیلت دست یافت. در این شرکت آزمایشات موفقیت آمیزی برای شارژ بیش از 80 درصد چدن مذاب با هدف اثبات امکان ذوب بدون استفاده از انرژی الکتریکی انجام شده است. کوره های  Consteel  این شرکت به 33 ذوب در روز دست یافته اند.

شرکت فولادسازی Wpsc (Wheeling-Pittsburgh Steel Corporation)  از بزرگترین کوره های قوس الکتریکی نوع Consteel با ظرفیت 225 تن بهره می برد. بهره برداری از این کوره ها در سال 2004 صورت گرفته است. مزایای مصرف 40 درصد شارژ به صورت چدن مذاب کوره های بلند در کوره قوس الکتریکی این شرکت به شرح جدول شماره 2 می باشد.

اجرای طرح های مشابه در دنیا

بر اساس بررسی های صورت گرفته در بسیاری از شرکت ها برای کاهش هزینه های تولید ازشارژ چدن مذاب در کوره های قوس الکتریکی استفاده می شود. در جدول زیر به برخی از این شرکت ها اشاره می شود.

 

منطقه	شرکت	توضیحات
اروپا	Cockerill-Sambre	یک کوره 120 تنی  DC Finger shaft Furnace
	Unimetal	یک کوره 150 تنی DC
	Hute	یک کوره 100 تنی AC
روسیه	Sevestal	دو کوره 100 تنی AC
		یک کوره 125 تنی AC
هند	NiponDendroIspat	دو  کوره 180 تنی AC
ژاپن	Daiwa Steel	یک کوره 110 تنی DC
		یک کوره 120 تنی DC
	Kyoei Steel	یک کوره 110 تنی DC
	Mitsabishi Steel	یک کوره 100 تنی DC
آفریقای جنوبی	Iscor Vanderbijlpark	سه کوره 155 تنی AC
	Iscor Pretoria	دو کوره 120 تنی AC
	Saldanha Steel	یک کوره 150 تنی AC
چین	Anyang	یک کوره 100 تنی AC
	Zsj	یک کوره 110 تنی AC
	Zss	یک کوره 90 تنی AC
آمریکا	Steel dynamics	دو کوره 150 تنی AC

 

جدول 2 نتایج استفاده از چدن مذاب در کوره قوس الکتریکی شرکت wpsc

 

	شارژ با 40 درصد مذاب	شارژ جامد
تولید فولاد به تن در سال	2180	۱۶۳۰
تولید تن در ساعت	۳۰۰	۲۲۵
انرژی الکتریکی به مگاوات	۶۷	۱۰۷
مصرف الکترود به کیلوگرم بر تن	42/1	57/1
وزن هر ذوب به تن	225	225
زمان بین دو تخلیه به دقیقه	45	60
تعداد ذوب در شبانه روز	36	24

مقاله ای با عنوان چدن مذاب کوره های بلند در کوره های قوس الکتریکی در سال 2002 مزیت استفاده از شارژ چدن مذاب به صورت جایگزین 30 درصد از کل شارژ را 12/29 دلار در هرتن فولاد تولیدی ذکر نموده است. در این مقاله بر اساس محاسبات   J. A. Jones  برابری چدن مذاب کوره بلند با قراضه را به صورت فرمول زیر بیان کرده است.

 

1ton of hot metal + 25Kg lime = 0.92 tones of clean scraps +50Kgcoal + 330KWh

 

راهکارهای علمی کاهش اثرات تورمی طرح تحول اقتصادی در صنایع فولاد:

الگو برداری از رقبای خارجی موفق، نوسازی و تغییر روش تولید فولاد، ارتقای بهره وری انرژی ، ارتقای بهره وری مواد اولیه، ارتقای بهره وری تکنولوژی، ارتقای بهره وری نیروی انسانی، بهینه سازی مصرف انرژی از طریق اصلاح تکنولوژی، به کارگیری تکنولوژی شارژ گرم آهن اسفنجی در کوره های قوس، بازیافت ضایعات حرارتی کوره های قوس از طریق پیش گرم قراضه، تزریق پودر زغال در کوره بلند به جای گاز.

جهت دسترسی به متن کامل مقاله، بر روی گزینه زیر کلیک نمایید:
مهندس فردیار- تاریخچه صنعت فولاد

---

*کارشناس ارشد صنایع فولاد و فروآلیاژها و چهره ماندگار