این مقاله در مجله پردازش، شماره 136 و 137، اسفند 1398، از صفحه 36 تا 38 به چاپ رسیده است.

با این همه فولاد ساختمانی چه کنیم؟

حسام ادیب

رئیس هیئت مدیره گروه دانش بنیان پاترون

برنامه تولید 55 میلیون تن فولاد در سال 1404 هرچه که بوده، حسب گزارشات، منجر به رسیدن به ظرفیت اسمی حدود 34 میلیون تن فولاد در سال 1397 و حدود 38 میلیون تن در سال جاری (1398) شده است و در سال 1399 پیش بینی می گردد به حدود 44 میلیون تن برسد، که البته باید منتظر ماند و دید. حدود 19 میلیون تن نیز طرح نیمه کاره در دست اجرا است. مشکلات تامین سنگ آهن، مسائل زیرساختی، مداخله دولت در قیمت گذاری و تحریم ها شاید جلوی رشد بیشتر تولید فولاد را در کشور بگیرد. لذا شاید وقت آن رسیده که به جای تولید با کمیت بیشتر، به تولید با کیفیت بیشتر و ارزش افزوده بیشتر فکر و برنامه ریزی گردد.

از حدود 34 میلیون تن ظرفیت اسمی فولاد در سال 1397، سهم فولادسازان القایی حدود 7 میلیون تن بوده است که با در نظر گرفتن ظرفیت تولید واقعی 25 میلیون تنی کل صنعت فولاد، با توجه به تولید حدود 5 میلیون تن فولاد توسط فولادسازان القایی، باید گفت حدود 20% سهم تولید فولاد در ایران توسط کوره های القایی تولید می شود. این 20% سهم تولید، در حدود 100 کارخانه فولاد القایی، که در سراسر ایران پراکنده هستند، تولید می شود.

فولادسازان القایی امکان محدودی برای صادرات محصولات خود دارند. از طرفی تامین آهن اسفنجی و قراضه به چالشی بزرگ برای این بخش صنعت فولاد تبدیل شده است. البته این چالشها از قبل پیش بینی شده بود و گروه پاترون در مقالاتی که در سالهای گذشته منتشر نموده، راهکارهایی از جمله توسعه عمودی و تولید آهن اسفنجی با روش کوره تونلی و یا تولید فولادهای کیفی با ارزش افزوده بیشتر را پیشنهاد داده بود. در خصوص تولید فولادهای با ارزش افزوده بالاتر، دو نوع محصولی که امکان تولید آنها در کارخانه های فولادسازی با کوره القایی وجود دارد، فولادهای آلیاژی کم آلیاژ یا کم کربن و نیز فولاد زنگ نزن (استنلس استیل) هستند.

معمولا برای تولید فولادهای آلیاژی از کوره تصفیه پاتیلی یا LRF استفاده می گردد. این تجهیز در متالورژی ثانویه برای صنعت فولاد ایران کاملا شناخته شده است و تمام کارخانجات فولادسازی با کوره های قوس الکتریکی این تجهیز را دارند. با توجه به آنکه معمولا فضای کارخانجات القایی محدود است، یک چالش اساسی جانمایی تجهیزات جدید است. همچنین کارخانجات القایی نیازمند توان برق کافی برای استفاده از کوره پاتیلی هستند. ضمن آن که تولید گاز خنثی نیز در کارخانجات القایی انجام نمی شود و نیاز به یک واحد تولید گاز نیز هست. خوشبختانه با کاهش قیمت الکترود گرافیتی و با توجه به آنکه کوره های پاتیلی از الکترودهای گرافیتی با قطر کم استفاده می کنند، امروزه چالش بزرگی در این زمینه وجود ندارد. ضمنا با در نظر گرفتن ظرفیت جرثقیل ها و ماشین ریخته گری مداوم، لازم است ظرفیت کوره پاتیلی متناسب با ظرفیت بزرگترین پاتیلهای موجود در نظر گرفته شود. همچنین با توجه به آنکه شعاع ماشین ریخته گری فولادسازان القایی معمولا 4 یا 6 متر است، بهتر است برای تولید محصولات کیفی، مقاطع کوچک تر تولید شوند و ماشین ریخته گری از ریخته گری باز به ریخته گری بسته تبدیل شود یعنی از شرود برای انتقال مذاب از پاتیل به تاندیش و از نازل های زیرذوبی برای انتقال مذاب از تاندیش به قالب استفاده شود. بیشترین مصرف فولادهای آلیاژی کم آلیاژ گریدهای CK22، 55Cr3، CK45 و 42CrMo4 و خانواده های آنها هستند و در تولید آنها فروآلیاژهایی نظیر فروکروم یا فرومولیبدن مصرف می شود.

به طور معمول و بسته به طراحی سازندگان، یک کوره تصفیه پاتیلی 20 تنی حدود 3 الی 5 مگاولت آمپر توان برق نیاز دارد. همچنین به حدود 5 تا 10 مترمکعب گاز خنثی در ساعت نیاز است. ولتاژ ورودی خط برای ترانسفورماتور این کوره ها نیز همان 22 کیلوولت معمول کارخانجات القایی است. قیمت یک کوره تصفیه پاتیلی بسته به طراحی، تکنولوژی و کیفیت تجهیز می تواند بین 600 هزار دلار تا 1 میلیون و 500 هزار دلار (از چینی تا اروپایی) باشد.

فرایند تولید که در فوق توضیح داده شد در نمودار شماتیک زیر به طور ساده نشان داده شده است.

از این روش در کارخانجات متعددی در جهان استفاده می شود که نمونه های آن به قرار زیرند:

کارخانه فولاد OEM در عربستان با تولید 300 هزار تن بیلت در سال با استفاده از دو ست کوره القایی 25 تنی 14 مگاواتی، کارخانه فولاد JSPL در هندوستان با تولید 120 هزار تن بیلت در سال با استفاده از یک ست کوره القایی 30 تنی 16 مگاواتی و کارخانه فولاد SULB در عربستان با تولید 220 هزار تن بیلت در سال با استفاده از یک ست کوره القایی 35 تنی 18 مگاواتی.

موضوع دیگری که به آن می پردازیم تولید فولاد زنگ نزن یا استنلس استیل با استفاده از کوره های القایی است. در این فرایند نیاز به کوره AOD یا Argon Oxygen Decarburization یا کربن زدایی توسط ارگون و اکسیژن، که به آن کانورتر هم میگویند، است.

فرایند تولید این روش در نمودار شماتیک زیر به طور ساده نشان داده شده است.

کارخانه VIRAJ در هندوستان با استفاده از دو ست کوره القایی 25 تنی 18 مگاواتی از این روش برای تولید 300 هزار تن بیلت در سال استفاده می کند.

با توجه به مزایای اقتصادی و قابلیت اطمینان کوره های کانورتر، امروزه در دنیا از این کوره برای تولید دامنه وسیعی از فولادهای مخصوص و زنگ نزن استفاده می شود. کیفیت بالا و تولید فولاد تمیز، حذف مؤثر کربن، سیلیس و گوگرد، سطح پایین هیدروژن و نیتروژن در مذاب و عدم استفاده از توان برق در این کوره ها، از ویژگی های این روش هستند.

روش کار این کوره ها به این ترتیب است که پس از تخلیه مذاب با دمای حدود 1550 درجه سانتیگراد از پاتیل به کوره کانورتر ، مخلوط گاز شامل اکسیژن، از طریق دو یا سه نازل در مذاب دمیده می شود. پس از کربن زدایی و گوگردزدایی و سرباره گیری، مذاب در پاتیل تخلیه می شود تا پاتیل ذوب به ماشین ریخته گری مداوم منتقل گردد.

این کوره امکان کاهش کربن تا 0.015 درصد و امکان کاهش گوگرد تا 0.005 درصد و نیز امکان کاهش فسفر تا 0.020 را با استفاده از حدود 15 تا 25 مترمکعب اکسیژن بر هر تن فولاد به همراه گاز آرگون یا نیتروژن، فراهم می سازد. لازم به توضیح است که معمولا برای یک کوره 20 تنی کانورتر ، نیاز به تامین اکسیژن، نیتروژن و آرگون، هر کدام با حدود 20 تا 40 نرمال مترمکعب در دقیقه با فشار حدود 20 بار است.

با استفاده از این تجهیز می توان فولادهای زنگ نزنی چون SS316 یا SS304 یا SS201 و حتی فولادهای آلیاژی را تولید نمود. تغییراتی نیز در واحد ریخته گری مداوم، چنانچه در بخش قبلی توضیح داده شد مورد نیاز خواهد بود.

قیمت یک ست کوره کانورتر می تواند بین 1 تا 4 میلیون دلار (از چینی تا اروپایی) باشد که با در نظر گرفتن تجهیزات جانبی و اتوماسیون سطح 2 ممکن است تا 8 میلیون دلار (سازندگان اروپایی) باشد.

یک نکته بسیار مهم که برای فولادسازان با کوره القایی حائز اهمیت است آن است که با توجه به مصرف بسیار بالای آهن اسفنجی در کوره های القایی و بالا بودن کربن، که به معضل بزرگی برای این بخش صنعت تبدیل شده، کوره کانورتر این مزیت بزرگ را ایجاد می کند که حتی بدون نیاز به تولید استنلس استیل یا فولادهای آلیاژی، می توان مذاب را در دمای پایینتر تخلیه نمود (که این موضوع منجر به افزایش تولید و کاهش مصرف انرژی کوره های القایی می شود) و در کوره کانورتر کربن بالای مذاب را پایین آورد و همزمان آلیاژسازی و سرباره گیری نمود. کوره کانورتری که برای این منظور می تواند به کار رود نیازمند تجهیزات جانبی پیچیده یا اتوماسیون سطح 2 نیست و هزینه کمتری را نیز در بر دارد.

با در نظر گرفتن همه شرایط، میزان سرمایه گذاری، بهای تمام شده و قیمت فروش می توان اقتصادی بودن پروژه های فوق الذکر را بررسی نمود.

طبق آمار ISSF، میزان تولید فولادهای استنلس استیل در جهان بیش از 50 میلیون تن در سال است که حدود نیمی از آن توسط چین تولید می شود. اما تجارت جهانی فولادهای استنلس استیل حدود 20 میلیون تن در سال است که ایران می تواند نقش پر رنگی در این میان ایفا کند. در عین حال کوره های کانورتر صرفا برای تولید فولادهای استنلس استیل به کار نمی روند و می توان گریدهای مختلف فولادهای آلیاژی گرید بالا را با آن تولید نمود.

در پایان با توجه به توضیحات ارائه شده، توصیه می گردد با توجه به شرایط کشور، مازاد تولید داخل و نیاز به صادرات محصولات فولادی، پروژه های اینچنینی جهت تولید فولاد با ارزش افزوده بالاتر که در مقیاس های کوچک توجیه پذیر باشد، تا قبل از اینکه دیر شود، در نظر گرفته شود. بی تردید بسیاری منتظر حرکت یک مجموعه جهت پیشگامی و تغییر هستند تا آنها نیز الگوبرداری کنند اما همیشه پیشگامان تغییر، بیشترین عایدی را داشته اند. به امید پیشگامی صنعت فولاد کشور در منطقه و جهان و موفقیت های بیش از پیش این صنعت عزیزمان.

لازم به ذکر است در این مقاله از اطلاعات منتشر شده در مقاله پریمتالز – ABP که در کنفرانس فولاد خاورمیانه متال بولتن 2019 امارات ارائه شده و نیز اطلاعات شرکت UHT سوئد و شرکت Tenova ایتالیا استفاده شده است.