مواد اولیه-Raw Materials

مقدمه

یکی از اولین مراحل تولید فولاد آلیاژی می‌باشد. مواد اولیه برای شکل ریزی در کارخانه ها و کارگاه ها معمولاً از ترکیب شمش های فولادی، قراضه و فروآلیاژها جهت آلیاژسازی استفاده می شود و با کمک گرفتن از دستگاه کوانتومتری، آنالیز مورد نظر حاصل می شود. در کارخانه های فولادسازی شمش ریزی، بسته به فرایند، معمولاً شمش چدن کوره بلند یا آهن اسفنجی به عنوان مواد اولیه اصلی مورد استفاده قرار می گیرند. در کنار آن قراضه ها و ضایعات، انواع فروآلیاژها جهت تنظیم ترکیب شیمیایی مورد نظر و برخی افزودنی های دیگر مثل آهک و فلورین جهت تشکیل سرباره و حذف ناخالصی ها به کار گرفته می شوند. در نهایت مذاب تولید شده و تصفیه شده در این قسمت بلافاصله به محل ماشین های ریخته گری منتقل شده و طی فرایند ریخته گری (در اکثر موارد ریخته گری پیوسته) تبدیل به شمش های فولادی می گردند. ادامه ی این مطلب به توضیح انواع مواد اولیه مورد استفاده و روش های تولید، جهت تهیه خوراک مذاب و تصفیه آن برای شمش ریزی فولادها می پردازد.

دسته بندی

فارغ از نوع مواد اولیه و روش فراوری آن، به طور کلی فولادسازی به دو مرحله ی اولیه و ثانویه تقسیم می شود. حجم اصلی مذاب در فرایند فولادسازی می تواند از دو منبع اصلی تامین گردد که شرح آن در ادامه آورده شده است.

آهن اسفنجی

در اثر واکنش احیای مستقیم دمای بالا و حالت جامد یک عامل کاهنده حاوی کربن، که می تواند فاز گازی (مثل گاز طبیعی) و یا جامد (مثل ذغال سنگ) باشد، با پودر سنگ آهن (هماتیت و مگنتیت) که به شکل گندله کروی یا پخته شده در آمده است، سنگ آهن احیا شده و با از دست دادن اکسیژن تبدیل به آهن می شود که آن را آهن اسفنجی می نامند.

• فولادسازی اولیه

پس از آن آهن اسفنجی به همراه قراضه وارد مرحله ی فولادسازی اولیه یا همان ذوب در کوره های قوس الکتریکی با قابلیت شارژ اکسیژن، گرافیت، آهک و دولومیت شده و مذاب تولید شده برای مرحله بعد آماده می گردد.

• فولادسازی ثانویه

این مرحله که همان فولادسازی ثانویه می باشد شامل گاز زدایی، اکسیژن زدایی (killing)، گوگردزدایی، پالایش و تصفیه ناخالصی ها و همچنین تنظیم ترکیب شیمیایی در داخل یک پاتیل است که مجهز به هیتر، همزن و دمش گاز خنثی می باشد. این عملیات ها با استفاده از مواد کمک ذوب، سرباره زا مثل کلسیم سیلیکون و منیزیم آهک، روان ساز مثل فلوئورسپار و فرو آلیاژهای حاوی عناصر آلیاژی مثل سیلیکون، منگنز، نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیم، تیتانیوم و تنگستن انجام می شود. در صورت حساسیت کار و نیاز به گاززدایی بیشتر گازهای هیدروژن، نیتروژن و اکسیژن و همچنین حذف آخال های شناور، بعضا از کوره خلا نیز استفاده می شود.

آهن چدن

سنگ آهن فراوری شده به همراه کک به عنوان سوخت جامد به داخل کوره بلند شارژ می شود و با دمش گاز اکسیژن ضمن ایجاد محیط کاهنده و احیای سنگ آهن، در اثر حرارت بالا محصولات ذوب شده و پس از خروج از قسمت پایین کوره منجمد می گردند. این محصول با میزان کربن و گوگرد بالا در واقع چدن بسیار ترد بوده و آن را Pig Iron می نامند.

• فولادسازی اولیه

در مرحله ی فولادسازی اولیه این محصول به همراه ترکیبات آهک به عنوان سرباره ساز و خالص کننده وارد کنورتور شده و با روش اکسیژن قلیایی که بر مبنای دمش اکسیژن جهت سوزاندن کربن و کاهش مقدار آن است، تبدیل به مذاب فولاد می شود.

• فولادسازی ثانویه

سپس این مذاب وارد پاتیل شده تا عملیات فولادسازی ثانویه روی آن انجام گیرد. در این مرحله ابتدا با استفاده از عناصر منگنز، سیلیسیم و آلومینیوم مذاب اکسیدزدایی می شود. میزان اکسیدزدایی بستگی به عناصر استفاده شده داشته و به ترتیب از کیفیت بالا به پایین، فولاد کشته شده، فولاد نیمه کشته شده و فولاد روکشی تولید می گردد. برای کاربردهای خاص از محیط خلا جهت حذف باقی مانده ی گازهای هیدروژن، نیتروژن و اکسیژن استفاده می شود. در بعضی موارد عملیات ذوب مجدد برای تصفیه ناخالصی ها از طریق ساخت الکترود فولادی، ذوب آن و عبور مذاب از داخل سرباره انجام می پذیرد. در نهایت فرایند آلیاژسازی با افزودن فروآلیاژها جهت دستیابی به ترکیب شیمیایی مورد نظر انجام می گیرد.