فولاد از مواد پر کاربرد در صنایع مختلف است. البته محصولات فولادی هستند که در صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند. محصولات و مقاطع فولادی مختلفی مثل تیرآهن، میلگرد(خرید میلگرد)، نبشی، ورق، لوله و صدها مورد دیگر از موتور اتومبیل گرفته تا لوازم آشپزخانه به نوعی به فولاد مرتبط هستند. در این مقاله قصد داریم روش‌های تولید فولاد را با هم بررسی کنیم. با آهن‌آلات شکوهیان همراه باشید.

فولاد چیست؟

در مقالات دیگر توضیح دادیم که فولاد آلیاژی از آهن است. آهن یا به‌طور دقیق‌تر، آهن خام نیز محصولی از سنگ‌آهن است که از معادن استخراج می‌شود.

آهن خام به تنهایی نمی‌تواند ویژگی‌های موردنیاز صنایع را داشته باشد؛ به همین دلیل فولاد (پولاد یا به لاتین استیل steel) با ترکیبات مختلفی ساخته می‌شود. در آلیاژهای مختلف فولاد، عناصر مختلف و درصد آن‌ها متفاوت است. همین تفاوت در عناصر و میزان آن باعث به وجود آمدن تغییر و تفاوت در خصوصیات انواع فولاد می‌شود. دو دسته اصلی از فولادها به نام فولاد آلیاژی و فولاد ساده کربنی وجود دارد.

معمولاً انواع فولاد دارای 0.002 تا 2.1 درصد کربن هستند. درصد میزان کربن به میزان زیادی سختی و استحکام فولاد را بالا می‌برد. در کنار کربن عناصر دیگری مثل سیلیسیم، منگنز، کروم و… نیز وجود دارد که با کم و زیاد شدن درصد آن‌ها در فولاد، خصوصیات فولاد تغییر می‌کند و انواع آن را ایجاد می‌کند.

از انواع فولاد می‌توان به فولادهای ضدزنگ، فولاد ابزاری، فولاد ساده، فولاد حرارتی شونده، فولاد استحکام بالا، فولاد رسانا، فولاد آتشخوار، فولاد نسوز و… اشاره کرد.

روش‌های تولید فولاد

معمولاً فولاد را به دو روش خمیری و ذوبی تولید می‌کنند. روش خمیری قدیمی‌تر است و به تجهیزات کمتری نیاز دارد.

تولید فولاد به روش خمیری

این روش تقریباً منسوخ شده است که در آن آهن خام را داخل تشت‌هایی کوره‌ای می‌ریزند و با شعله حرارت می‌دهند تا خمیری شدن آهن خام بر روی آن شعله دمیده می‌شود. با ذوب شدن آهن خام آن را هم می‌زنند و به‌این‌ترتیب اکسیژن آن تا حدی می‌سوزد و از آهن جدا می‌شود.

کم‌کم مواد ذوب‌شده آهن را تکه‌تکه می‌کنند و با گازانبر از کوره خارج کرده و با پتک می‌کوبند تا سرباره‌ها جدا شده و یکپارچه شود. سپس این فولاد را با نورد دادن به شکل شمش درمی‌آورند.

اما برای تولید محصولات فولادی مختلف مثل تیرآهن، میلگرد، ورق(خرید ورق) و … لازم است تا شمش‌های فولادی را فرم دهی کرده و پس از فرایندهای مختلف پرداخت، به شکل نهایی تبدیل نمود. برای ساخت این محصولات و مقاطع فولادی، روش‌های مختلف از جمله نوردکاری، برش‌کاری، خم‌کاری، پرس‌کاری، جوشکاری و… وجود دارد.

در روش خمیری نیز سرباره‌های خارج‌شده در هر مرحله را جمع‌آوری کرده و در نوبت بعدی به همراه آهن وارد کوره می‌کردند تا دوباره همراه آهن خام ذوب شود.

تولید با روش ذوبی

به این روش اصطلاحاً روش آب کردن نیز می‌گویند. امروز برای تولید فولاد از این روش استفاده می‌کنند. در فرایند تولید فولاد به روش ذوبی از انواع کوره‌های ذوب‌آهن استفاده می‌کنند. اگر از سنگ‌آهن برای تولید فولاد استفاده شود، کوره بلند گزینه اول خواهد بود، اما به خاطر هزینه بالای این کوره، استفاده از آن وقتی مقرون به صرفه خواهد بود که ظرفیت تولید آهن و فولاد بالا باشد. اگر ظرفیت پایین باشد، استفاده از کوره های القایی، قوس الکتریکی و کوره‌های مشابه گزینه‌های بهتری هستند.

کوره بلند در برابر انواع کوره‌های دیگر بزرگ‌تر و پیچیده‌تر بوده و دمای بالاتری را فراهم می‌کند.

در روش ذوبی آهن خام خارج شده از کوره بلند را وارد کوره‌های پاتیل یا قوس الکتریکی می‌کنند، اکسیژن و کربن اضافه آن را می‌سوزانند و خارج می‌کنند و در نهایت به شمش فولاد(قیمت فولاد) تبدیل می‌شود. در روش­های جدید تولید فولاد، برای خارج کردن اکسیژن از آهن، به جای هم زدن و حرارت دادن، گازها و افزودنی‌های مختلف را به کار می‌گیرند. علاوه بر کربن و اکسیژن، برای تولید برخی از آلیاژهای فولاد لازم است تا عناصری مثل گوگرد، منگنز و… از آهن جدا شوند، برای این مورد نیز از افزودن گازها و عناصر مختلف، انجام فرایندهای خاص و… به ماده مذاب، استفاده می‌کنند.

آهن اسفنجی یکی از محصولات آهن خام است. برای اقتصادی بودن فرایند تولید فولاد در ظرفیت‌های پایین و استفاده از کوره‌های قوس الکتریکی و یا القایی، به جای آهن خام از آهن اسفنجی و قراضه آهن استفاده می‌کنند.

جمع‌بندی

برای تولید فولاد باید سنگ‌آهن استخراج‌شده از معادن را در کوره‌های ذوب‌آهن طی عملیات مختلف پرداخت کرده و به محصولات مختلفی همچون آهن خام، گندله، آهن اسفنجی و… تبدیل می‌کنند. سپس این محصولات را در کوره‌های دیگر و با ابزارها و ماشین‌آلات مختلف به انواع آلیاژ فولاد و در شکل‌های شمش، تختال و… تبدیل می‌کنند. در انتها شمش‌های فولادی با خصوصیات متفاوت را طی فرایندهایی مثل نوردکاری به محصولات فولادی مورداستفاده در صنایع مختلف (همچون تیرآهن، میلگرد، ورق و…) تبدیل می‌کنند.