«کوره بلند» همچنان یکه‌تاز تولید فولاد

انجمن جهانی فولاد در گزارش سالیانه خود به بررسی میزان تولید فولاد خام در جهان تا سال 2010 بر حسب فرآیند تولید پرداخته است. در این گزارش اشاره کوتاهی به فرآیندهای تولید فولاد می‌کنیم و در نهایت به بررسی سهم هر فرآیند از کل تولید فولاد خام در جهان می‌پردازیم. 

روش‌های تولید فولاد خام 

با توجه به تنوع موارد استفاده فولاد در دنیا و گسترده شدن دایره مصرف این فلز، همواره با پیشرفت تکنولوژی و نیز همگام با پیشرفت تکنولوژی تولید فولاد تغییرات بسیاری داشته که در پی این تغییرات تولیدکنندگان سعی در بالا بردن بهره‌وری و استفاده از انرژی و سوخت‌های ارزان‌تر با توجه به محیط جغرافیایی خود کرده‌اند. 

امروزه فناوری‌های مورد استفاده در تولید محصولات فولادی در مراحل بعد از به دست آوردن فولاد مذاب یعنی ریخته‌گری و نورد، کم و بیش یکسان است، اما برای به دست آوردن فولاد مذاب یا خام، از فناوری‌های مختلفی می‌توان استفاده کرد. 

به‌طور کلی فولاد خام از دو روش عمده زیر تولید می‌‌شود: 

1. تهیه‌ آهن خام یا چدن مذاب در کوره بلند (BF) و تولید فولاد در کانورترهای اکسیژنی: 

در این روش، از کوره بلند (Blast Furnace) در تولید آهن با استفاده از ماده احیاکننده کک که از زغال‌سنگ حاصل می‌شود و از کوره‌های اکسیژنی (BOF) جهت تولید فولاد از آهن استفاده می‌شود. درکنار فرآیند‌های اصلی (آهن‌سازی و فولادسازی)، فرآیندهای جانبی شامل کک‌سازی جهت تهیه ماده اولیه عملیات احیا و آگلومراسیون جهت آماده‌سازی سنگ معدن آهن نیز وجود دارند که در واقع خوراک مورد نیاز فرآیندهای اصلی را فراهم می‌کنند. 

این تکنولوژی مهم‌ترین شیوه تولید فولاد خام در جهان به‌شمار می‌آید و شیوه‌ای سنتی تولید است، از احیای غیرمستقیم آهن استفاده شود و سنگ‌آهن پس از فرآوری به همراه آهک و کک وارد کوره بلند شده و آهن خام یا چدن مذاب (Pig Iron) به دست می‌آید. در مرحله‌ بعد آهن خام در یک کانورتر به فولاد مذاب تبدیل شده، کربن و ناخالصی‌های دیگر آن به کمک اکسیژن خارج و فولاد خام (Crude Steel) تولید می‌‌شود. در این روش برای تبدیل چدن مذاب به فولاد از کوره‌های BOF استفاده می‌شود که این کوره‌ها پس از بهبود تکنولوژی فولادسازی، جایگزین کوره‌های روباز (OHF) شده است. 

در سال 2010 بالغ بر 4116/1 میلیارد تن فولاد خام در جهان تولید شد که همان‌گونه که در جدول مشاهده می‌کنید حدود 70 درصد از کل فولاد خام تولید شده در جهان به روش کوره بلند تولید می‌شود. چین بزرگ‌ترین تولیدکننده فولاد خام سال‌های اخیر در جهان نیز 2/90 درصد از کل فولاد خام خود در سال 2010 را به روش کوره بلند تولید کرد، اما از 3/19 میلیون تن فولاد خام تولید شده در خاورمیانه 4/12 درصد آن به این روش تولید شده و از 12 میلیون تن فولاد خام تولید شده در ایران نیز بالغ بر 12 درصد آن در کوره‌های اکسیژنی تولید می‌شود و کارخانه ذوب‌آهن اصفهان نیز از این تکنولوژی استفاده می‌کند. 

با توجه به وجود گاز طبیعی فراوان و ارزان در ایران و مشکلات ناشی از کمبود کک متالورژیکی و افزایش قیمت صادراتی آن تا سطح 450 دلار در هر تن، به نظر می‌رسد باید فرآیند تولید فولادسازی در ایران در راستای آهن اسفنجی و کوره قوس الکتریکی رشد کند. 

روش کوره بلند محدودیت‌های زیست‌محیطی بیشتری نسبت به روش احیای مستقیم و آهن اسفنجی عیار بالاتری نسبت به آهن خام دارد. 

کوره بلند در ظرفیت‌های بالا (حداقل 2 میلیون تن در سال) توجیه اقتصادی بیشتری دارد، در حالی‌که از روش احیای مستقیم می‌توان در واحدهای کوچک فولادسازی نیز با توجیه اقتصادی مناسب استفاده کرد. آهن‌اسفنجی را می‌توان به صورت آهن گرم کلوخه شده (HBI) درآورده، به سهولت حمل یا ذخیره کرد. 

در فرآیند احیای مستقیم می‌توان از گاز طبیعی بدون حذف ناخالصی‌های آن استفاده کرد. 

در عین حال شرکت‌های ذوب‌آهن اصفهان، فولاد میبد، فولاد زاگرس، ذوب‌آهن غرب کشور و فولاد زرند طبق برنامه‌ چهارم توسعه، در مجموع حدود 5 میلیون تن فولاد، از طریق روش کوره بلند تولید خواهند کرد که با توجه به پتانسیل‌های موجود در کشور، به نظر کافی می‌رسد. 

از سوی دیگر، در حال حاضر در کشورمان حدود 47 درصد محصولات به صورت مقاطع و 53 درصد به صورت تخت تولید می‌شوند، در حالی که ساختار کشور نیاز به 80 درصد محصولات مقاطع و 20 درصد محصولات تخت دارد. لذا نیاز به تغییر روش و نوع محصولات و فرآورده‌های فولادی تولید شده با توجه به نیاز بازار داخلی ضروری است. 

2. احیای مستقیم سنگ‌آهن (DR) و ذوب آهن ‌اسفنجی (DRI) و قراضه (Scrap) در کوره‌های الکتریکی از قبیل قوس الکتریکی (EAF): 

تکنولوژی دیگر، تولید فولاد به روش احیای مستقیم است. کوره قوسی یکی از بهترین انواع برای ذوب، آلیاژسازی و تصفیه فولاد به حساب می‌آیند. این کوره از لحاظ روش ایجاد قوس به دو دسته غیرمستقیم و مستقیم تقسیم می‌شوند. 

در روش قوس غیرمستقیم قوس الکتریکی بین الکترود‌ها که ممکن است دوتایی یا سه‌تایی باشند برقرار می‌شوند و طراحی کوره به شکلی انجام می‌گیرد که شارژ بین آنها که در محدوده، قوس قرار گرفته در اثر حرارت قوس ذوب شوند، اما در کوره‌های امروزی عمدتاً از روش قوس مستقیم استفاده می‌شود که قوس بین الکترود‌ها که ممکن است تکی دوتایی یا سه تایی باشند با جداره و کف برقرار می‌شود و شارژی که در محدوده قرار گرفته، ذوب می‌شود. در این روش گاز طبیعی (CH4) عامل احیای سنگ معدن آهن و در کشورهایی با منابع غنی گاز طبیعی مانند ایران مورد توجه است. 

در حقیقت این روش تولید فولاد با استفاده از کوره‌های الکتریکی و ذوب مجدد قراضه‌ آهن و فولاد است. به دلیل کمبود منابع قراضه در جهان و نیز رشد فزاینده‌ قیمت آن در طول سال‌های گذشته، در این روش می‌توان به همراه‌ قراضه از آهن اسفنجی نیز برای ذوب در کوره استفاده کرد. 

سهم فولاد خام تولیدی از این روش در دنیا طی سال 2010 حدود 8/28 درصد است. تکنولوژی احیای مستقیم به چند تکنولوژی عمده تقسیم می‌شود که مهم‌ترین آنها عبارت از: میدرکس، HYLIII، HYL IV و بستر سیال هستند که رایج‌ترین آنها، تکنولوژی میدرکس است. 

کشور چین حدود 8/9 درصد از کل فولاد خام خود را به این روش تولید می‌کند، اما در کشورهایی مانند بلغارستان، پرتغال، یونان، اسلوونی، عربستان و غیره این روش تنها روش برای تولید فولاد خام در سال 2010 بود، اما در کشور ما در سال 2010 این روش سهمی بالغ بر 80 درصد از 12 میلیون تن فولاد خام تولید شده را به خود اختصاص داد. در ایران به‌طور مثال، فولاد خوزستان و فولاد مبارکه از گاز به عنوان ماده‌ احیا کننده استفاده می‌کنند. شناخته‌شده‌ترین روش‌های احیای مستقیم گازی روش‌های میدرکس و HYL هستند. 

قابل ذکر است که هزینه‌ راه‌اندازی یک واحد کوره بلند نسبت به یک واحد احیای مستقیم و کوره الکتریکی در ظرفیت‌های متناظر، بالاتر است. 


تولید فولاد به روش کوره باز 

کوره رو باز (Open Hearth) یکی از قدیمی‌ترین روش‌های فولاد سازی در جهان است که قدمت آن به بیش از یک قرن می‌رسد که در این کوره‌ها آهن اسفنجی تولید می‌شود. زمانی که ذوب فلز آهن به دلیل نقطه ذوب بالای آن بسیار سخت و ناممکن به نظر می‌رسید، کوره‌های رو باز ابداع شدند که در نهایت توانستند بر این مشکل غلبه کنند. 

با توجه به مصرف بالای سوخت و مشکلات زیست‌محیطی اکثر کوره‌های باز در دهه 90 میلادی تعطیل و کوره‌های بلند و همچنین کوره‌های الکتریکی جایگزین آنها شدند، اما در سال 2010 نیز سهم این روش در تولید فولاد خام در جهان تنها بالغ بر 3/1 درصد بوده که روند نزولی را در سال‌های اخیر طی کرده و کوره‌های رو باز باقی مانده در جهان یکی پس از دیگری در حال تعطیلی هستند، به‌طوری که در چین بزرگ‌ترین کشور تولیدکننده فولاد خام جهان دیگر از این روش برای تولید فولاد استفاده نمی‌شود، اما در کشورهایی مانند هند، اوکراین، روسیه و لاتویا هنوز هم از این روش برای تولید فولاد استفاده می‌شود، به‌طوری که کشور اوکراین حدود 2/26 درصد از 4/33 میلیون تن از فولاد خام تولیدی خود در سال 2010 را به این روش تولید کرد. به‌طور کلی این روش فولاد سازی هنوز هم در بین کشورهای مشترک‌المنافع (CIS) کاربرد دارد. 

روش‌های دیگر: 

فولاد مهم‌ترین، فراوان‌ترین و معمولی‌ترین فلزی است که دنیای صنعتی امروز را بوجود آورده و تمام پیشرفت و ترقی که در رشته‌های مختلف صنایع نصیب بشر متمدن شده مرهون به خواص حیرت‌انگیزی است که در نهاد این فلز نهفته است. فولاد، که زندگی روزانه و ادامه حیات بشر بدان وابسته است، به‌طور کلی به چهار طریق بوته‌ای، بسمر یا توماس، کوره‌های زیمنس مارتینز و کوره‌های الکتریکی تولید می‌شود، همان‌گونه که در جدول مشاهده می‌کنید استفاده از دیگر روش‌ها برای تولید فولاد خام در جهان به‌طور کلی منسوخ شده و سه روش ذکر شده در ابتدا رایج‌ترین روش‌های تولید فولاد در کره خاکی ما هستند.

کمال‌الدین غفوری
منبع: انجمن جهانی فولاد