ذوب فولاد

ذوب فولاد و داشتن کارخانه های ذوب فولاد امروزه یکی از شاخص های اندازه گیری پیشرفت و توسعه کشورهای محسوب می شود. از این رو، کشورهای مختلف در صنعت آهن و فولاد و همچنین ذوب آنها ، سرمایه گذاری های زیادی را انجام می دهد. ذوب فولاد دارای تاریخچه طولانی می باشد و از روش های مختلفی برای ذوب فولاد تا کنون بهره گرفته شده است.

ذوب فولاد

فولاد ، آلیاژی از آهن است. فولاد یکی از انواع آهن است که در بین مردم به مقاوم بودن شهرت دارد. بین 002/0 تا 1/2 درصد وزن فولاد را کربن تشکیل می دهد. بنابراین به آلیاژ آهنی که دارای  این مقدار  کربن در ترکیبات شیمیایی خود باشد، فولاد می گویند. مقدار و درصد کربن به کار رفته در ترکیبات شیمیایی فولاد در رنج سختی، خواص مکانیکی، خواص شیمیایی و میزان تردی و شکنندگی آن به صورت کاملا مستقیم تاثیرگذار است.

به کمک تغییر در درصد کربن، عناصر آلیاژی و عملیات حرارتی خواص فولاد قابل کنترل است. برای ساخت فولاد از روش ذوب استفاده می شود. روش های مختلفی برای ذوب فولاد وجود دارد. فولاد دارای نقطه ذوب مشخصی است. چرا که هر عنصری دارای یک نقطه ذوب می باشد و فولاد هم از این قاعده مستثنی نیست. با رسیدن فولاد به نقطه ذوب، فولاد حالت جامد خود را از دست می دهد و مذاب می شود. در صنعت فولاد از نقطه ذوب برای مذاب کردن فولاد بهره گرفته می شود.

عوامل مهم در ذوب فولاد

زمانی که سخن از ذوب فولاد به میان می آید عوامل متعددی در این زمینه می توانند تاثیرگذار باشند. ساختار فولاد و درصد موادی که در کنار آهن در فولاد به کار رفته اند اصلی ترین المان های ذوب فولاد هستند. اغلب فولادها با رسیدن به حرارت مورد نیاز به طور یکنواخت ذوب نمی شوند.

در زمانهایی که دمای ذوب پایین تر باشد عمل ذوب شدن سریهتر بوده و به همین سبب ساختار فولاد در کوره ذوب و ریخته گری تاثیرگذارتر خواهد بود. با توجه به آن چه گفته شد، اکنون شاید این سوال برای شما به وجود آمده باشد که نقطه ذوب فولاد چند است؟ در پاسخ به این سوال باید گفت که معمولا آلیاژ اضافه شده به ترکیبات شیمیایی موجب پایین آمدن دمای ذوب فولاد می شود. بنابراین نقطه ذوب فولاد بر اساس آلیاژهای آن می توان متفاوت باشد. برای نمونه نقطه ذوب آهن خالص در حدود 1510 درجه است.

بنابراین مواد و ترکیبات شیمیایی تشکیل دهنده فولاد تاثیر به سزایی در نقطه ذوب محصولاتی فلزی دارد. این ترکیبات ممکن است سبب افزایش و یا کاهش نقطه ذوب فولاد شود.

تاریخچه ذوب فولاد

به طور کلی ذوب فلز گونه ای از علم نوین برای نسل بشر است که با اختراع این علم تغییرات بنیادینی در زندگی انسان آغاز شد. چیزی که بر هیچکس پوشیده نیست این است که اولین تجربیات انسان در مورد آلیاژسازی و ذوب فلزات همیشه اتفاقی و درحین آزمایش رخ داده است.

هنوز هم کسی به صورت دقیق نمی داند چه شخصی و در کجا اولین نفر توانست آهن را کشف کند، آن را ذوب نموده و فلز آهن را از آن استخراج کند. اما یکی از جدیدترین تخمین هایی که دانشمندان در خصوص آهن در نظر می گیرند این است که حدود 5 هزار سال پیش انسان های آن زمان آهن را در سازه های خود استفاده نموده اند.

یکی از مهم ترین رویدادهای تاریخ بشر کشف فلزات و آهن بوده است. انسان های اولیه آهن را کشف کردند و آن را مورد استفاده قرار دادند. کشف آهن به احتمال زیاد در ابتدا از طریق سنگ های آسمانی بود که به سنگ آهن شهرت داشتند. ولی با این حال، تولید فولاد به چهار هزار سال قبل از عصر آهن باز می گردد.

اولین کوره ذوب فولاد

تولید کوره های ذوب برای اولین بار به وسیله چینی ها در قرن ششم پیش از میلاد به وجود آمد و تولید چدن را افزایش داد. ولی در قرن 18 بود که استفاده از کوره های پودلینگ رواج پیدا کرد و آهنگران با استفاده از این کوره ها چدن را به یک آهن کم کار شده کم کربن تبدیل کردند. با این وجود در سال 1856 بود که پیشرفتی در تاریخ فولاد رخ داد و هنری بسیمر از اکسیژن برای کاهش میزان کربن آهن استفاده کرد و صنعت فولاد مدرن متولد شد.

اما تاریخچه ذوب فولاد در ایران به دوران سلطنت ناصرالدین شاه قاجار باز می گردد. در این دوران تغییرات و تحولات زیادی در ایران رخ داد. سفر و رفت آمد ایرانی ها به غرب سبب انتقال برخی دانش ها و فناوری ها به ایران شد. در این دوران بود که برای اولین بار صنعت ذوب فولاد وارد ایران شد. صنع الدوله اولین رئیس مجلس ملی ایران کسی بود که در این دوره پایه گذار صنعت کوره آهن تراشی در ایران بود.

بنابراین اولین خاطره ایرانی ها از ذوب فولاد به این دوره باز می گردد. ولی این خاطر با ورود شرکت های خارجی و از بین رفتن صنعت ذوب فولاد در ایران به فراموشی سپرده شد. تا این که در دوره پهلوی کارخانه های ذوب آهن در ایران با کمک کشورهای خارجی تاسیس شدند.

روش های مرسوم ذوب فولاد

برای ذوب فولاد از روش های مختلفی استفاده می شود. از جمله این روش ها می توان به دو روش اصلی اشاره نمود. در روش اول که یکی از مهمترین شیوه ها نیز می باشد از کوره های قوس الکتریکی در ذوب نمودن فولا استفاده می شود. روش دوم نیز که خود به نوبه خود مهم و اساسی است به صورت احیای غیر مستقیم خواهد بود. روش احیا به این صورت است که مواد اولیه به صورت کاملا غیر مستقیم احیا شده و کربن مازادش در طول فرآیندی مشخص سوزانده می شود.

به این روش میزان مقاومت و استحکام محصول فولادی به دست آمده، بسیار زیاد می شود. بنابراین می توان دو روش زیر را روش اصلی و مهم برای ذوب فولاد در نظر گرفت.

فولاد در چه دمایی ذوب می شود؟

پاسخ به این سوال بستگی به آلیاژ فولاد دارد. اصطلاح آلیاژ تقریبا این روزها به درستی استفاده می شود، آلیاژ یک کلمه کلی برای موادی استفاده می شود که ترکیبی از چند عنصر هستند. در حقیقت معنی اصطلاح آلیاژ به واقع مخلوطی از فلزات را شامل می شود که به هر نوع از فلزاتی اطلاق می گردد که درون هم ترکیب شده باشند. به چنین فلزی آلیاژ گفته و این مفهوم برای آن در نظر گرفته می شود. تقریبا تمام فلزات مورد استفاده شده در صنایع امروز مخلوط بوده و به همین ترتیب آلیاژ هستند.

اکثر فولادهای موجود در کشور دارای ترکیبات مختلفی از فلزات هستند که برای تقویت خواصی مانند قدرت، مقاومت در برابر خوردگی یا سهولت در ساخت به آهن اضافه شده اند. فولاد در حقیقت همان عنصر آهن است که برای کنترل مقدار کربن مورد پردازش قرار گرفته است. آهن، زمانی که از معدن خارج می شود، در دمای حدود 1510 درجه سانتیگراد (2750 درجه فارنهایت) ذوب می شود. فولادها دارای دمای ذوب متفاوت هستند که از رنج دمای 1370 درجه سانتیگراد تا 1530 درجه سانتیگراد این عمل صورت می پذیرد.

1- ذوب خمیری

در سال های گذشته یکی از روش هایی که برای ذوب فولاد مورد استفاده قرار می گرفت، روش خمیری بود. در این روش آهن تحت حرارت قرار می گرفت و بر روی آن اکسیژن دمیده می شود. در نتیجه فولاد با نزدیک شدن به نقطه ذوب خود تغییر حالت داده و به یکباره کربن آن سوزانده می شود. تولید گاز کربن به مقدار زیاد از جمله ویژگی منفی این روش ذوب است.

از سوی دیگر فولاد و محصول نهایی تولید شده به این روش از سطح و ظاهر یکنواخت برخوردار نیست. به همین دلیل روش های دیگر و مدرن ترین امروزه به روش ذوب فولاد اضافه شده است. چرا که این روش ذوب دارای معایبی مانند یکدست نبودن محصول نهایی، ظاهر نه چندان جالب محصول، تولید گاز کربن به میزان بالا و ظرفیت تولید پایین است.

2- ذوب در کوره بلند

روش دیگر برای ذوب فولاد که امروزه استفاده می شود. ذوب در کوره بلند (BF) است. که در این روش فولاد در کانورترهای اکسیژنی تولید می شود. مانند ذوب آهن اصفهان.

در این روش از احیای غیر مستقیم آهن استفاده می شود و آهن خام و یا چدن مذاب به دست می آید. این روش تا حدودی یک روش سنتی است.

3- استفاده از کورههای الکتریکی مانند قوس الکتریکی

قوس الکتریکی روش دیگری است که امروزه برای ذوب فولاد مورد استفاده قرار می گیرد. در کشورمان ایران این شیوه در کارخانه های متعددی در سطح کشور صورت می پذیرد. کارخانه فولاد خوزستان مانند مجتمع فولاد جنوب از نوع القایی است. روش القایی یا همان قوس الکتریکی برای ذوب و احیای مستقیم سنگ آهن، ذوب آهن اسفنجی و قراضه مورد استفاده قرار می گیرد. این روش با استفاده از کوره های الکتریکی و ذوب مجدد قراضه آهن و فولاد صورت می پذیرد و همچنین می توان به همراه قراضه از آهن اسفنجی نیز استفاده نمود.

ذوب فولاد و قراضه

برای صرفه جویی در انرژی امروزه در کنار ذوب فولاد کارگاه هایی برای تبدیل قراضه های متفرقه و گوناگون به قراضه های با کیفیت بالا و چگالی زیاد ایجاد شده است. این قراضه با استفاده از دستگاه های مختلف از هم تفکیک شده و برای ذوب به کارخانه ذوب فولاد وارد می شود. چرا که با زیاد شدن قراضه های آهن نیاز به فرآوری و استفاده مجدد از آن ها بیش از بیش احساس می شود.

استفاده از قراضه برای تولید و ذوب فولاد روز به روز در جهان در حال افزایش است و بسیاری  از کارخانه ها و شرکت های ذوب فولاد از قراضه برای فرآوری و ذوب مجدد استفاده می کنند. تا به این صورت بتوانند به تولید فولاد با کیفیت بپردازند.

بیشتر بخوانید : تاریخچه مبین فولاد آسیا