صنایع فولاد

مقدمه: جایگاه صنایع فولاد در اقتصاد و زندگی امروز

صنایع فولاد مجموعه ای از معادن، کارخانه های احیا و ذوب، نورد و صنایع پایین دستی هستند که سنگ آهن را به شمش، تیرآهن، میلگرد، ورق و ریل تبدیل می کنند. ساختمان، حمل و نقل، انرژی و ماشین سازی بدون فولاد کار نمی کنند. آهن در دوران معاصر بیش از هر فلز دیگری کاربرد دارد و حدود ۹۵ درصد فلزات تولیدی جهان را تشکیل می دهد. به همین دلیل آهن کالایی استراتژیک و یکی از شاخص های توسعه یافتگی کشورها به شمار می آید.

زنجیره فولاد فقط کوره و نورد نیست. برای اینکه یک خط تولید بدون توقف کار کند، به تجهیزات جانبی مثل غلتک، بوش، آب بند و پوشش های محافظ نیاز است. جدا از تولید فولاد، بخش های تامین قطعات مصرفی هم بخشی از صنایع فولاد حساب می شوند. در بخش های بعدی به آن ها می رسیم.

تاریخچه صنایع فولاد از کوره های باستانی تا فولادسازی مدرن

آغاز فولاد در جهان

قدیمی ترین نمونه شناخته شده تولید فولاد، قطعات آهنی کشف شده در محوطه باستانی کامان کالهویوک در آناتولی است که قدمت آن ها نزدیک به ۴۰۰۰ سال و مربوط به حدود ۱۸۰۰ پیش از میلاد است. تا قرن ها بعد، فولاد کالایی گران بود و فقط برای ابزار و شمشیر تولید می شد. 

اولین جهش صنعتی در سال ۱۷۴۰ رخ داد؛ شفیلد با روش بوته ای بنجامین هانتسمن به شهرت جهانی در فولادسازی رسید. جهش اصلی اما در ۱۸۵۶ اتفاق افتاد. مبدل هنری بسمر امکان تولید انبوه فولاد را فراهم کرد. در این روش هوا از میان چدن مذاب دمیده می شود تا ناخالصی ها بسوزند. پیش از آن، فولاد برای بیشتر کاربردها بسیار گران بود و آهن فورج به کار می رفت.

فرآیند بسمر محدودیت هم داشت: فسفر را به خوبی از مذاب جدا نمی کرد. در سال ۱۸۷۸ سیدنی گیلکریست توماس این روش را برای حذف فسفر اصلاح کرد. کوره باز زیمنس و مارتین در آغاز قرن بیستم از نظر تولید کل از بسمر جلو زد. امروز کوره اکسیژنی و کوره قوس الکتریکی جای روش های قدیمی را گرفته اند. در ایران هم دو مسیر اصلی همین هاست: در مسیر کوره بلند، سنگ آهن با کک ذوب می شود و در مسیر قوس الکتریکی، آهن اسفنجی حاصل از احیای مستقیم به کوره قوس وارد می شود. 

تاریخچه صنایع فولاد در ایران

تلاش برای راه اندازی ذوب آهن در ایران به پیش از جنگ جهانی دوم برمی گردد. در سال ۱۹۳۸ پیمانی با یک کنسرسیوم آلمانی امضا شد و کرج برای ساخت کارخانه انتخاب گردید. بخشی از ماشین آلات هم وارد کشور شد، اما با اشغال ایران در شهریور ۱۳۲۰ و بازداشت مهندسان آلمانی، عملیات متوقف شد و کارخانه کرج هرگز ساخته نشد.

نقطه عطف بعدی توافق با شوروی بود. موافقت نامه احداث ذوب آهن در ۲۳ دی ماه ۱۳۴۴ به تصویب مجلس رسید و اجرای آن را شرکت تیاژپروم اکسپورت آغاز کرد. ذوب آهن اصفهان که از این توافق شکل گرفت، همچنان شمش، تیرآهن، میلگرد، نبشی، ناودانی و ریل تولید می کند. 

انواع محصولات و گروه های اصلی در صنایع فولاد

خریداران و مهندسان معمولاً یکی از این دو زاویه را دنبال می کنند: ترکیب شیمیایی فولاد یا شکل نهایی محصول. صنایع فولاد هر دو را تولید می کند و انتخاب درست بین آن ها به کاربرد بستگی دارد.

انواع فولاد بر اساس ترکیب شیمیایی

فولادهای رایج در چهار گروه قرار می گیرند: کربنی، آلیاژی، زنگ نزن و ابزار. فولاد کربنی سهم بزرگی دارد؛ حدود ۹۰ درصد تولید جهانی فولاد کربنی است.

فولاد کم کربن نرم و چکش خوار است و جوشکاری آن آسان است. حد کربن آن تا ۰٫۳ درصد است و برای مقاطع ساختمانی، ورق خودرو و لوله به کار می رود. فولاد میان کربن (۰٫۳ تا ۰٫۶ درصد) مقاومت و سختی بیشتری دارد و در چرخ دنده، محور و قطعات ماشین آلات استفاده می شود. در فولاد زنگ نزن نوع آستنیتی، حدود ۸ درصد نیکل و ۱۸ درصد کروم وجود دارد. این نوع غیر مغناطیسی و مقاوم در برابر خوردگی است و در صنایع پتروشیمی و غذایی کاربرد دارد. فولاد ابزار با افزودن تنگستن، مولیبدن، کبالت و وانادیوم برای ابزار برش و حفاری مناسب می شود.

دسته بندی بر اساس شکل محصول

در ایران، ذوب آهن اصفهان از بازیگران محصولات طویل است. تیرآهن، میلگرد، نبشی و ناودانی به همین دسته تعلق دارند.

یادداشت راستی آزمایی: درصدهای کربن هر گروه در منابع مختلف کمی متفاوت است. اگر برای مقاله فنی نیاز به استاندارد دقیق دارید (مثل ASTM یا استاندارد ملی ایران)، آن را جداگانه بررسی می کنم.

منتظر دستور شما برای بخش بعدی هستم؛ بخش بعد درباره قطعات مصرفی و تجهیزات جانبی، شامل تولید قطعات پلی اورتان و انواع لاستیک صنعتی در خطوط تولید فولاد خواهد بود.

قطعات مصرفی و تجهیزات جانبی در صنایع فولاد

خط تولید فولاد فقط با کوره و نورد کار نمی کند. سنگ آهن، کنسانتره و گندله در مسیر خود از نوار نقاله، سرریز، سرند و لوله عبور می کنند و همین تجهیزات مدام در معرض سایش و ضربه اند. اینجاست که دو گروه مواد یعنی پلی اورتان و لاستیک وارد می شوند.

تولید قطعات پلی اورتان برای تجهیزات سایشی

پلی اورتان در مقاومت سایشی و ضربه پذیری شهرت دارد و در صنایع معدنی و فرآوری یکی از انتخاب های اصلی است. در این حوزه، تولید قطعات پلی اورتان معمولاً به روش ریخته گری گرم انجام می شود و محصولاتی مثل پوشش غلتک، سرند، آستر لوله و قطعات سیکلون به دست می آید. یکی از مزیت های عملی آن این است که می شود آن را مستقیم روی فلز ریخت و بدون درز و پیچ به آن چسباند؛ چون درز و اتصال معمولاً نقطه ضعف قطعه اند.

نمونه مستند دیگر، لاگینگ (پوشش) درام محرک نوار نقاله است. پژوهشی که مواد مختلف را برای این کار مقایسه کرده، نشان می دهد پوشش درام اصطکاک با تسمه را بالا می برد، سایش تسمه را کم می کند و از خوردگی محافظت می کند. در همان پژوهش، پلی اورتان سخت تر (PU-80) کم ترین سایش را داشت و برای پوشش درام بهترین گزینه شد. در صنایع فولاد نیز غلتک های فولادی با پوشش پلی اورتان تا طول ۶ متر و قطر ۲ متر عرضه می شوند.

انواع لاستیک صنعتی و محل استفاده آن ها

لاستیک برای ضربه گیری و کاهش صدا در سرریزها، قیف ها و نقاط انتقال بار کاربرد دارد. در انواع لاستیک صنعتی انتخاب درست به نوع محیط بستگی دارد؛ برای مثال در همان پژوهش نوار نقاله، یکی از دو لاستیک مورد آزمایش در شرایط تهاجمی کم تر ساییده شد.

پلی اورتان یا لاستیک؟

یادداشت راستی آزمایی: منابع یافت شده بیشتر به معدن و فرآوری مربوط بودند، نه فقط کارخانه فولاد، و درباره انواع خاص لاستیک (نیتریل، EPDM و مانند آن) اطلاعات مستند و قطعی پیدا نکردم؛ این مورد نیاز به بررسی بیشتر دارد و بدون منبع وارد متن نشد.