فولادسازی ، فرآیندها و روش ها

فولادسازی (به انگلیسی: Steelmaking) فرایند ساخت فولاد از سنگ‌آهن یا از قراضه می‌باشد. درفولادسازی، ناخالصی‌هایی از جمله نیتروژن، سیلیکون، فسفر، گوگرد و کربن اضافی (که مهم‌ترین ناخالصی است) از منبع آهن حذف می‌شوند . عناصر آلیاژی مانند منگنز، نیکل، کروم، کربن و وانادیم برای تولید درجه‌های مختلف فولاد به آن افزوده می‌شوند. محدودکردن گازهایی مانند نیتروژن و هیدروژن و ناخالصی‌ها (که به آن “inclusion” می‌گویند) در داخل فولاد مذاب از اهمیت بالایی در کیفیت محصولات ریخته شده دارد.

تاریخچه

فولادسازی بیش از هزار سال پیش وجود داشته‌است . اما این صنعت در آن زمان تجاری سازی در مقیاس عمده نگردیده بود. یک فرایند باستانی فولادسازی، استفاده از بوته آهنگری و ذوب آهن پر کربن به وسیله سوزاندن زغال سنگ در بوته آهنگری می‌باشد. این روند تا اواسط سده ۱۹ ادامه یافت تا این که فرایند بسمر و فرایند زیمنس-مارتین فولادسازی را به یک صنعت عظیم تبدیل نمودند.

فولادسازی نقشی حیاتی در توسعه فناوری‌های مختلف در دوران باستان، قرون وسطی و دوران مدرن داشته‌است. فرایندهای اولیه فولادسازی در دوران کهن در کشورهای هند، چین، ایران و یونان باستان شکل گرفت . ولی فولادسازی باستانی با سقوط امپراتوری روم باستان در قرن پنجم پیش از میلاد مسیح از بین رفت.انقلاب صنعت فولادسازی در اصل در اواخر دهه ۵۰ قرن نوزدهم میلادی صورت گرفت .طی آن فرایند بسمر به عنوان اولین فرایند موفق در زمینه فولادسازی در مقیاس با تولید انبوه شناخته شد. پیش از آن فولادسازی به وسیله کوره بلند روباز صورت می‌گرفت.

بین سال‌های ۱۹۲۰ و ۲۰۰۰، نیاز به نیروی کار ۱۰۰۰ برابر کاهش یافت، به عبارتی از یک تن فولاد به ازای ۳ نفر-ساعت کار به یک تن به ازای ۰٫۰۰۳ نفر-ساعت کار. بخش عمده فولاد در جهان با روش اکسیژن قلیایی تولید می‌شود؛ در سال ۲۰۱۱، هفتاد درصد فولاد تولیدشده در جهان با این روش تولید شده‌است. کوره‌های مدرن امروزی بار اولیه ۳۵۰ تنی را در کمتر از ۴۰ دقیقه به فولاد تبدیل می‌نمایند. این عدد برای کوره بلند روباز ۱۰ الی ۱۲ ساعت می‌باشد.

فرآیندهای امروزی

فولادسازی اولیه شامل تبدیل آهن مذاب تولیدی در کوره بلند و آهن قراضه به فولاد می‌باشد که به روش اکسیژن قلیایی، یا ذوب فولاد قراضه یا آهن اسفنجی در یک کوره قوس الکتریکی انجام می‌شود. فولادسازی ثانویه شامل خالص سازی فولاد خام پیش از ریخته‌گری می‌باشد و معمولاً شامل عملیات‌های مختلفی است که در داخل پاتیل مواد مذاب انجام می‌شود. عناصر آلیاژی در متالورژی ثانویه، افزوده شده، گازهای محلول در فلز کاهش داده شده، و ناخالصی‌ها حذف می‌شوند، تا اطمینان حاصل شود فولاد ریخته شده از کیفیت بالایی برخوردار است.

فولادسازی اولیه

فولادسازی به روش اکسیژن قلیایی روشی در فولادسازی اولیه است که در آن، آهن چدن پرکربن به فولاد تبدیل می‌شود. دمش اکسیژن از درون آهن چدن باعث کاهش درصد کربن آلیاژی و آن را به فولاد تبدیل می‌کند. این فرایند به دلیل طبیعت شیمیایی مواد نسوز (کلسیم اکسید و منیزیم اکسید) مورد مصرف در آستر مخزن برای جلوگیری از سوختگی، و خواص خورنده فلز مذاب و سرباره آن، «قلیایی» نامیده می‌شود.فولادسازی به روش کوره قوس الکتریکی به تحصیل فولاد از قراضه آهن و آهن اسفنجی با استفاده از قوس الکتریکی گفته می‌شود.

در روش کوره قوس الکتریکی دسته‌ای از آهن با دمای بالا که در مرحله پیشین فرایند فولادسازی به دما رسیده‌است با مقدار مشخصی از قراضه آهن وارد کوره می‌شوند و با القای جریان الکتریکی به وسیله میله‌های حامل جریان درون این مخلوط، دما افزایش می‌یابد و فرایند فولادسازی شکل می‌گیرد. در این روش نیز مانند روش اکسیژن قلیایی از مواد خالص کننده مانند ترکیبات آهک جهت تسهیل جداسازی سرباره به مذاب افزوده می‌شود. فرآیند فولادسازی به روش کوره قوس الکتریکی به‌طور معمول قابلیت گنجایش ۱۰۰ تن مواد اولیه را دارد که عملیات فولادسازی را به‌طور معمول در ۴۰ تا ۵۰ دقیقه به انجام می‌رساند.

فولادسازی ثانویه

فولادسازی ثانویه بیشتر در داخل پاتیل انجام می‌شود. برخی عملیات‌ها در داخل پاتیل عبارتند از: اکسیژن زدایی یا «کیلینگ»، گاززدایی در خلأ، افزودن آلیاژ، حذف ناخالصی‌ها، اصلاح شیمیایی ناخالصی‌ها، گوگرد زدایی، همگن سازی. معمولاً این عملیات‌ها در داخل پاتیلی با همزن گازی و با گرم‌کننده قوس الکتریکی در داخل در پاتیل انجام می‌شود. کنترل دقیق متالورژی پاتیل به ساخت فولادهای درجه بالا با تلرانس دقیق و با ثبات می‌انجامد.

گوگرد زدایی

از ایستگاه‌های تزریق پودر بسیاری برای گوگرد زدایی استفاده می‌شود. آلیاژی از کلسیم-سیلیکون که حاوی ۳۰ درصد کلسیم است می‌تواند به عنوان یک گوگرد زدای مؤثر عمل کند. کلسیم فلزی با تشکیل ترکیب بسیار پایدار کلسیم سولفید (CaS) گوگرد زدایی می‌کند و به این دلیل با سیلیکون آلیاژ می‌شود که کلسیم خالص خیلی زود با آب واکنش نشان می‌دهد و به همین دلیل کار با آن سخت است.

تزریق ۴ کیلوگرم کلسیم-سیلیکون به هر تن فولاد تقریباً سه چهارم گوگرد آن را از بین می‌برد، برای مقال مقدار آن از ۰٫۰۱۶ به ۰٫۰۰۴ درصد می‌رسد. در آلیاژهایی از فولاد که اجازه افزودن سیلیکون را نمی‌دهند از ترکیب منیزیم-آهک استفاده می‌شود. منیزیم یک گوگرد زدای خوب بوده و با ترکیب محلی با اکسیژن محلول نیز به عنوان یک اکسیژن زدا نیز عمل می‌کند.

اصلاح در خلأ (Vacuum treatment)

قرار گیری فولاد در شرایط خلأ تأثیر عمیقی بر روی تمام خواص متالورژیکی مربوط به گازها دارد. این کار باعث کاهش گازهای حل شده در فولاد مذاب می‌شود. برای مثال هیدروژن در شرایط خلأ به راحتی تا ۲ جزء در میلیون کاهش می‌یابد. نیتروژن مانند هیدروژن در فولاد مذاب، متحرک نیست و به همین دلیل با قرار گرفتن ۳۰ دقیقه‌ای آن در شرایط خلأ فقط ۱۵ تا ۳۰ درصد کاهش می‌یابد.

گروه صنعتی فولاد کاران از سال ۱۳۷۰فعالیت خود را در زمینه‌ی تولید و تامین مقاطع مختلف فولادی و آهن, از قبیل میلگردهای فولادی و آلیاژی , میلگردهای ساختمانی, انواع مقاطع ترانسمیسیون , ورق‌های آلیاژی , ورق‌های روغنی و سیاه و گالوانیزه‌ی هفت الماس ,آغاز نموده است . تلاش مجموعه فولادکاران در این مدت در جهت رضایتمندی و تامین دقیق سفارشات معطوف بوده است.
ما را در شبکه‌های اجتماعی دنبال کنید:
اینستاگرام : https://www.instagram.com/folad_karan_tehran
فیسبوک: https://www.facebook.com/jamal.fazli.948
لینکدین: https://www.linkedin.com/in/jamal-fazli-65890a1b6
پینترست: https://nl.pinterest.com/fuladk
آپارات: https://www.aparat.com/FuladKaran