فولاد مهم ترین ماده اولیه در ساخت و ساز و مهندسی است و در تمام ابعاد و زمینه های زندگی کاربرد دارد. در ساخت ابزار مختلفی مثل ماشین، محصولات ساختمانی، یخچال، ماشین لباسشویی، تراشه ها و لوازم جانبی و غیره استفاده می شود. خصوصیت بارز این فلز این است که بدون از دست دادن کیفیت اولیه خود، بارها و بارها قابل بازیافت است.

ترکیب فلز فولاد

این فلز یک آلیاژی ترکیبی از آهن و کربن است که حاوی مقدار کمتر از ۲ درصد کربن و حدود یک درصد منگنز و مقادیر کمی هم سیلیکون، فسفر، سولفور و اکسیژن است. در واقع از فولاد به عنوان یک فلز اساسی و مهم در ساخت بسیاری از ابزار آلات استفاده می شود.

تولید فولاد

این فلز به دو شیوه تولید می شود؛ یکی از طریق ذوب در کوره های بلند اکسیژن ( BF-BOF ) و دیگری از طریق کوره قوس الکتریکی (EAF). تنوع و ترکیبات روش های تولید آن هم مورد استفاده قرار می گیرد.

تفاوت اساسی در بین شیوه های تولید موجود در مصرف نوع مواد خام اولیه است. در روش BOF مواد خام اولیه عمدتا سنگ آهن، زغال و فولاد بازیافت شده هستند در حالی که در شیوه EAF عمدتا از فولاد بازیافتی و جریان الکتریسیته برای تولید آن استفاده می کند. بسته به ساختار دستگاه یا ابزارآلات تولید فولاد و فولاد بازیافت شده در دسترس، سایر منابع آهن متالیک هم مثل آهن اسفنجی  ( DRI ) یا فلز داغ می توانند در روش EAF مورد استفاده قرار گیرند.

حدود ۷۵ درصد از تولید جهان با استفاده از روش BF-BOF انجام می شود. ابتدا، سنگ های آهن به فلز آهن خورد و تجزیه می شوند که به اسم فلز داغ یا آهن خوک هم نامیده می شود. سپس فلز آهن در BOF تبدیل به فولاد می شود. سپس فلز یه دست آمده بعد از ریخته گری و نورد  به اشکال سیم پیچ، قطعات و یا میله تحویل داده می شود.

فلز ساخته شده در روش EAF از جریان برق الکتریسیته برای ذوب فولاد بازیافت شده استفاده می کند. افزودنی ها مانند آلیاژ هم برای تطابق با ترکیب شیمیایی دلخواه استفاده می شوند. برای انرژی الکتریسیته می توان از اکسیژن تزریق شده به داخل EAF به عنوان مکمل استفاده کرد. مراحل پایانی فرایند مانند ریخته گری، گرمادهی دوباره ونورد، مشابه همان مراحل روش BF-BOF هستند. فناوری فلزسازی دیگر به نام کوره سوزنی باز ( OHF ) هم حدود ۰.۴ درصد از تولید فلز جهانی را به خود اختصاص می دهد. فرایند OHF بسیار پرمصرف است و به دلیل ضررهای اقتصادی و محیط زیستی در حال کاهش است.

نکته مهم

بیشتر محصولات این آلیاژ قبل از اینکه به مرحله بازیافت برسند، ده ها سال در دست مصرف باقی می مانند. بنابراین صرفا با تکیه بر روش EAF، میزان فولاد بازیافتی برای پاسخ به نیاز و تقاضای در حال افزایش جهانی کافی نیست. تقاضای جهانی از طریق ترکیب هر دو روش تولیدی EAF و BF-BOF امکان پذیر است.

تمام این روش های تولیدی می توانند از قراضه های فولاد بازیافتی به عنوان ماده ورودی استفاده کنند. بیشتر این فلزات نولید شده جدید که در بازار موجود هستند حاوی فولاد بازیافتی اند.

انواع فولاد

این آلیاژ یک محصول جداگانه و خالص نیست. بیش از ۳۵۰۰ درجه متفاوتی از آن با ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و محیطی گوناگون وجود دارند.

تقریبا ۷۵ درصد فولادهای مدرن در ۲۰ سال اخیر ساخته شده اند. اگر برج ایفل امروز ساخته می شد، مهندسین تنها به یک سوم فولادی که در زمان ساخت آن استفاده شده، نیاز داشتند.

ماشین های جدید با فولادهای مدرن ساخته می شوند که این فولادها بسیار قوی تر و تا میزان ۳۵ درصد سبک تر از فولادهای قدیمی هستند.

تولید هوشمند

تولید-هوشمند-فلز-فولاد

تصویر ۱- تولید هوشمند فلز فولاد

تولید هوشمند فلز فولاد به معنی استفاده از یک کارخانه یا ماشین آلات هوشمند نیست. بلکه این روش به معنی تحول ویژه ای در شیوه استخراج مواد خام اولیه از منبع، تولید و بازاریابی محصولات از طریق تجمیع زنجیره تامین افقی و عمودی است. در واقع این اساسا یک  مفهوم مشتری محور است.

این تغییر یک فرایند تک مرحله ای نیست زیرا با تغییرات و مشکلات آشکاری مانند جلب اطمینان و تامین امنیت اطلاعات  در بین گروه های مختلف در زنجیره تامین فولاد مواجه است. نمونه هایی از آداپتورهای اولیه در صنعت فلزسازی وجود دارند، بخصوص در تجمیع عمودی با بخش های تجاری که بخش های ساختمانی کارخانه های هوشمند به هم ملحق شده اند.

رابطه فولاد و محیط زیست

از جمله فلزاتی است که به شدت دوستدار محیط زیست است. این فلز کاملا قابل بازیافت است و دوام بسیار بالایی دارد و در مقایسه با سایر مواد به مقدار انرژی کمتری برای تولید نیاز دارد. ساخت و ساز نوآورانه آن  بسیار سبک ( مانند فلز سبک استفاده شده در بدنه اتومبیل و همچنین در وسایل حمل و نقل ریلی) به ذخیره انرژی و منابع طبیعی کمک بسیاری کرده است. صنعت فولاد تلاش های بسیاری برای کاهش آلودگی محیط زیست در سال های اخیر کرده است. امروزه برای تولید یک تن از آن فقط به ۴۰درصد از میزان انرژی که درسال ۱۹۶۰ استفاده می شود، نیاز است. حتی نشتی های خاک هم بسیار کاهش پیدا کرده است.

بازیافت فولاد

به سادگی قابل بازیافت است. ویژگی های مغناطیسی منحصر بفرد این فلز باعث می شود تا در فرایند بازیافت به راحتی از مواد زاید و اضافی جداسازی شود. فارغ از تعداد دفعات زیاد بازیافت این فلز ویژگی های آن همچنان بدون تغییر و دست نخورده باقی می ماند. روش تولید فولاد در کوره قوس الکتریکی (EAF ) می تواند منحصرا برای تولید آن از فولاد بازیافتی استفاده شود. تولید در کوره های اکسیژن ( BF-BOF ) هم می تواند تا بیش از ۳۰ درصد از فولاد بازیافتی استفاده کند.

تاریخچه فولاد

تاریخچه فولاد

تصویر ۲- تاریخچه فولاد

 

اولین بار شخصی به نام هنری بسمر که یک مخترع انگلیسی بود، با اختراع اولین تکنیک تولید انبوه فولاد در اواسط دهه ۱۸۵۰ باعث اعتباربخشیدن به این صنعت شد. هنوز هم به همان شیوه قدیمی بسمر در فرایند دمیدن مواد در آهن خوکی برای اکسیده کردن فلز و جداسازی ناخالصی های آن تولید می شود.

واکنش های شیمیایی

بسیاری از عناصر و مواد از طریق واکنش های شیمایی با سایر عناصر تغییر کرده یا از بین می روند. وقتی در تماس با آب و اکسیژن قرار می گیرد، یک واکنش شیمیایی صورت می گیرد و فولاد شروع به تبدیل به فرم اصلی خود یعنی اکسید آهن می کند.

این مشکل در بیشتر کاربردهای جدید این آلیاژ به راحتی توسط روکش کردن ( اندود کردن) برطرف می شود. بسیاری از مواد اندود مختلف را می توان برای این آلیاژ به کار برد. مثلا برای اندود کردن فولاد به کار رفته در بدنه اتومبیل از رنگ و در یخچال ها از لعاب کاری استفاده می شود. در سایر موارد و ابزارها از موادی مانند نیکل و کروم برای ساخت فولاد ضد زنگ استفاده می شود که از زنگ زدگی جلوگیری می کند.

حجم تولید جهانی

میزان تولید جهانی فلز خام تا سال ۲۰۱۸ به حجم ۱۸۰۸.۶ میلیون تن رسیده است. بزرگترین کشور تولید کننده در جهان هم اکنون کشور چین است که حدود ۴۹.۲ درصد از فولاد جهان را تولید می کند. خروجی این آلیاژ پر کاربرد در کشورهای تولید کننده جهان در سال های ۲۰۰۸، ۲۰۰۹، ۲۰۱۵ و ۲۰۱۶ به دلیل بحران جهانی کاهش یافت ولی دوباره در سال های ۲۰۱۰ و ۲۰۱۷ به روال قبلی خود بازگشت.

بر مبنای آمارهای ارائه شده توسط موسسه فولاد جهانی از میزان فولاد تولیدی کشورهای مختلف در سال های اخیر، عمده ترین تولید کننده های این آلیاژ متعلق به کشورهای چین، هند، ژاپن، ایالات متحده آمریکا، روسیه، آلمان، ترکیه، برزیل به عنوان ده کشور برتر تولید کننده است. ایران رتبه یازدهم را در جدول تولید کنندگان فولاد دارد.

ده کشور جهان که دارای بیشترین میزان صادرات فولاد در سال ۲۰۱۸ هستند، به ترتیب حجم صادرات عبارتند از چین، ژاپن، روسیه، اکراین، برزیل، کره جنوبی، هند، تایوان، ایران و بلژیک هستند. بزرگترین واردکنندگان این فلز بر مبنای میزان حجم به ترتیب عبارتند از ایالات متحده، آلمان، ایتالیا، کره جنوبی، ویتنام، ترکیه، فرانسه، تایلند و غیره می باشند.

ایالات متحده امریکا با میزان ۴۱.۲ میلیون تن دارای بیشترین میزان واردات این فلز است و چین با ۷۴.۸ میلیون تن صادرات، دارای بیشتر میزان صادرات فولاد در جهان است. 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *