شمش فولادی از تولید تا عرضه

تولید شمش فولادی، اولین مرحله از فرایند فولادسازی و استخراج آهن است که خروجی آن فراورده ای قابل حمل و جامد است. در واقع در صنعت فولاد، شمش فولادی به عنوان پایه ساخت و زنجیره‌ی اصلی محسوب می‌شود. شمش فولاد ماده اولیه برای ساخت مقاطع مختلف فولادی از جمله میلگرد، ورق فولادی و تیرآهن می باشد. به همین دلیل می‌توان گفت کاربردی‌ترین و مهم‌ترین کالای صنعت فولاد، شمش فولادی است.

شمش فولاد چیست؟

شمش‌ فولادی قطعاتی مستطیلی هستند.که برای سهولت در حمل و نقل و خارج کردن از قالب و با طول‌های حداکثر دو متر ساخته می‌شوند. این نوع شمش‌های فولادی معمولاً در کارگاه‌های کوچک و با ظرفیت کم تولید می‌شوند.

در صنایع بزرگ شمش های فولادی با ابعاد متفاوت و در انواع بلوم، بیلت یا اسلب ساخته می‌شوند. این شمش‌ها گریدهای متفاوتی چون شمش 3SP  و شمش5SP  دارند. این گریدها نشان دهنده‌ی درصد مختلف عناصر آلیاژی است که در ساخت آن به کار می رود. در آن ‌هاست که خود در ویژگیهای اصلی مثل میزان استحکام، شکل پذیری، مقاومت در برابر خمش، کشش و… تفاوت ایجاد می‌کند.

شمش‌های فولادی از فولاد خالص و با استفاده از فرآیند ریخته‌گری تولید می‌شوند. از شمش‌ها به عنوان ماده‌ی پایه و محصول میانی برای ساخت محصولات دیگر که نیمه پایانی و یا نهایی هستند، استفاده می‌شود.

نحوه تولید شمش فولادی

شمش‌های فولادی در کارخانه‌های مختلفی ساخته می‌شوند. کارخانه‌ها برای ساخت شمش فولادی از روش‌های مختلف زیر استفاده می‌کنند:

تولید شمش فولادی با استفاده از کوره بلند

رایج‌ترین روش تولید شمش فولادی، روش کوره بلند است. در این روش مواد اولیه شمش فولادی سنگ آهن و قراضه است. سنگ آهن و قراضه به کوره بلند وارد می‌شود. برای اینکه این مواد اولیه ذوب شوند در کوره‌ها اکسیژن می‌دمند. اکسیژن توسط لوله‌های بلند نیزه‌ ای شکل و با سرعتی دوبرابر سرعت صوت به کوره دمیده می‌شود. دمش اکسیژن باعث کاهش مقادیر ناخالصی‌های چون فسفر و گوگرد نیز می‌شود. البته برای اینکه این ناخالصی‌ها از شمش فولادی جدا شوند به آهک نیاز است. آهک به کوره اضافه می‌شود تا با ناخالصی‌ها وارد واکنش می شوند و به سرباره تبدیل می شود. بعد از این که اکسیژن دمیده شد، گرمادهی آغاز می‌شود. فولاد تولیدی ، از طریق حفر کنورتور خارج می‌شود. سپس مواد مذاب در واحد ریخته‌گری قالب گیری می شوند و با پاشیدن آب خنک خواهند شد.

مزایای کوره بلند:

• جداسازی ناخالصی‌ها به صورت کامل
• ظرفیت تولید بالا

معایب کوره بلند:

• تولید حجم بالایی از سربار و ضایعات فولادی
• انعطاف کم فولاد ی که به این روش تولید می شود
• تولید گازهایی با درصد آلایندگی بالا و مضر برای محیط زیست

تولید شمش فولادی با استفاده از کوره قوس الکتریکی (EAF)

در این روش مواد اولیه ساخت شمش فولاد، ضایعات فولادی است. این ضایعات که معمولاً از بین قراضه‌های خانگی، صنعتی و یا بدون مصرف انتخاب می‌شوند. با جرثقیل‌ درون کوره منتقل می‌شوند.

الکترودهای کربنی در قسمت بالای کوره قوس الکتریکی قرار گرفته‌اند. با انتقال قراضه‌های فولادی و آهک به درون آن الکترود به قسمت پایین انتقال می یابد. با حرکت الکترودها به سمت پایین جریان الکتریکی برقرار می‌شود. این جریان الکتریکی است که ضایعات فولادی را ذوب می‌کند. دمای الکترودها در کوره قوس الکتریکی تا 4100 درجه سانتی گراد می‌رسد.

مزایای کوره قوس الکتریکی:

• قابلیت کنترل دمای فولاد ذوبی
• بالاتر بودن کیفیت فولاد تولیدی
• قابلیت تولید انواع شمش فولادی

معایب کوره قوس الکتریکی:

• تأثیر گذاری نوع قراضه‌ها بر کیفیت نهایی شمش تولید شده
• مصرف بالا انرژی
• ورود ناخالصی‌ها به درون فولاد

تولید شمش با استفاده از کوره ذوب القایی

کوره ذوب القایی در واقع از طریق ایجاد یک میدان مغناطیسی بسیار قوی موجب ذوب شدن مواد اولیه که قراضه‌ها هستند، میشود. دور تا دور کوره ذوب القایی سیم پیچی القایی پیچیده شده است که با عبور جریان الکتریکی منجر به تولید مغناطیسی قوی با گرمای بالایی می‌کند. این گرمایی بالا موجب ذوب فلزات خواهد شد.

مزایای کوره القایی:

• کارکرد ساده
• بدون ایجاد آلودگی صوتی، برعکس کوره قوس الکتریکی
• راندمان حرارتی بالا

معایب کوره القایی:

• قیمت بالای کوره
• عدم قابلیت تولید سرباره

روش احیای مستقیم

در این روش از کوره‌های احیا که با سوخت گاز طبیعی راه‌اندازی می‌شوند، استفاده می‌کنند. مواد اولیه این کوره‌ها آهن‌ها قراضه است که داخل کوره ریخته می‌شود. این قراضه‌ها به آهن اسنفجی تبدیل و به صورت بریکت می‌شوند. در این روش از موادی چون کک، آهک و بنتونیت نیز برای سرباره سازی استفاده می‌شود. اضافه کردن این مواد سرباره تا زمانی که سنجش ترکیب شیمیایی به مقدار مورد نظر برسد، ادامه پیدا می‌کند.

روش کوره تونلی

از جدیدترین روش‌های تولید شمش فولادی استفاده از کوره تونلی است که در آن آهن جامد به کمک کربن احیا می‌شود. ماده ی اولیه کوره تونلی پودر کنسانتره سنگ آهن است. این پودرها در ظروف سرامیکی مخصوص شارژ می‌شوند. سپس این ظروف که به آن‌ها بوته گفته می‌شود، درون واگن چیده می‌شوند و به درون کوره تونلی فرستاده می‌شوند. با گذشتن این بوته‌ها از سه منطقه درون کوره تونلی که عبارتند از: پیش گرم، احیا – واکنش و خنک سازی شمش‌های فولادی ساخته می‌شوند.

مزایای کوره تونلی

• افزایش سرعت تولید
• کیفیت بالای محصولات
• کاهش مصرف انرژی

معایب کوره تونلی:

• تعمیرات سخت
• سخت خاموش و روشن شدن کوره

ریخته گری انواع شمش فولادی

بعد از آن که فولاد خام ذوب شد، توسط یکی از روش ها یی که بدان در بالا گفته شد، تولید می‌شود. نوبت به مرحله شمش ریزی و یا ریخته گری می‌رسد. فرایند ریخته گری به دلیل شکل دهی به ساختار داخلی شمش از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. ریخته گری شمش‌‌های فولادی به دو روش زیر صورت می‌گیرد:

1. روش شمش ریزی دستی: این روش همان طور که از نامش پیداست به روش دستی و تکباری صورت می‌گیرد. فولاد خام مذاب توسط پاتیل‌ها به درون قالب ریخته شده و تا زمانی که به صورت کامل سرد و سخت نشود، در آن می‌ماند. در این روش قالب‌ها تنها یک شمش فولادی را در خود جا می‌دهند.
2. روش شمش ریزی پیوسته: این روش که به نام‌های شمش ریزی فابریک نیز معروف است. فلز مذاب با سرعت ثابتی درون قالب‌های مسی ریخته می شود و سپس توسط سیستم آبگرد سرد و سخت می‌گردد. از آن طرف شمش‌های منجمد با همان سرعت از قالب‌ها جدا می شوند. به همین دلیل به این روش شمش ریزی پیوسته و مداوم گویند.

انواع شمش فولادی و کاربرد‌های شمش فولادی

شمش‌های فولادی براساس ابعاد به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. از هرکدام از این انواع برای ساخت محصولات خاصی استفاده می‌شود. البته محصولاتی که برپایه شمش‌های فولادی تولید می‌شوند، همگی از طریق نورد گرم فرآوری می‌شوند. در ادامه به توضیح کامل انواع شمش‌های فولادی خواهیم پرداخت:

بیلت: بیلت یا شمشال با نام انگلیسی Billet نوعی از شمش فولادی است که مقطع مربع شکل و یا دایره‌ی دارد و در حالت مربعی اضلاع آن با هم برابر هستند. بیلت‌ها در جهان به نام CCM شناخته می‌شوند. این شمش‌های فولادی در عرض‌های کمتر از 15 سانتیمتر ساخته می‌شوند. به دلیل طویل بودن بیلت نسبت به شمش، از آن در تولید میلگرد، تیرآهن، سپری فابریک، ناودانی، قوطی، ریل، سیم‌ها و مفتول‌ها که به طول بیشتری نیاز دارند استفاده می‌شود. بیلت‌ها خود در دو نوع زیر تولید می‌شوند:

• بیلت 3sp : این نوع بیلت‌ها تا حد زیادی شکل پذیر هستند و در برابر نیروی خارجی کشش و خمش پیدا می‌کنند.
• بیلت 5sp: این نوع بیلت‌ها دارای مقاومت و استحکام بالاتری نسبت به نوع 3sp هستند.

فابریک: بلوم، فابریک یا شمشه با نام انگلیسی Bloom  یکی دیگر از انواع شمش‌های فولادی است. بلوم‌ها از خانواده‌ی همان بیلت‌ها هستند که ابعاد متفاوتی دارد. بلوم‌ها برخلاف بیلت‌ها دارای عرض بیش از 15 سانتی‌متر هستند. از بلوم برای ساخت ریل، سپری، ناودانی، نبشی، پروفیل، قوطی و … استفاده می‌شود.

اسلب: اسلب یا تختال با نام انگلیسی Slab رایج‌ترین نوع شمش فولادی محسوب می‌شود. از ویژگی ابعادی اسلب می‌توان به بزرگی عرض نسبت به ضخامت و حالت تخت بودن آن اشاره کرد. تختال‌ها بین 4 تا 12 متر طول دارند و از آن‌ها برای تولید محصولاتی نظیر انواع ورق‌ فولادی استفاده می‌شود.