مراحل تولید محصولات فولادی

مقدمه:

تولید محصولات فولادی فرایند پیچیده اما جذابی است. در سری مقالات پیش رو سعی داریم شما را با پروسه تولید از ابتدا تا محصول نهایی آشنا کنیم.

بخش اول : استخراج سنگ آهن

سنگ آهن چیست؟

سنگ آهن کانسنگی است که ۵ درصد از پوسته زمین را در تشکیل می‌دهد. با استخراج سنگ آهن خام از پوسته زمین و تفکیک ناخالصی‌ها، پودر تیره رنگ نقره ای – قهوه ای آهن به حاصل می‌شود. این عنصر به راحتی اکسیده می‌شود و به تنهایی خیلی محکم نیست و برای افزایش استحکام آن جهت به‌کارگیری در بخش‌هایی چون ساختمان سازی، آلیاژ آن با استفاده از عناصر بسیاری تهیه می‌شود. این عناصر متفاوت هستند و متداول‌ترین آن‌ها نیکل و کروم است. برای خالص کردن این سنگ، باید فرایند ذوب و احیا در کوره‌ها به شکل متداول امروزی، انجام شود.

 

ترکیبات موجود در سنگ آهن:

کانی های مختلفی در سنگ آهن وجود داشته که هر یک دارای خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی می باشند. این تفاوت در خواص باعث گستردگی کاربرد آنها می شود و بنابراین شناخت ترکیبات موجود در سنگ آهن اهمیت بالایی دارد. هماتیت و مگنتیت مهم ترین کانی های موجود در سنگ آهن می باشند و لیمونیت، سیدریت، زئولیت، گرینالیت و مارکاریت از دیگر کانی های موجود در سنگ آهن هستند.

هماتیت:هماتیت با فرمول شیمیایی (Fe2O3)، یک ماده معدنی اکسید آهن است. این کانی غیر مغناطیسی بوده و دارای تنوع رنگی از نقره ای تا قهوه ای مایل به قرمز می باشد. هماتیت خالص از نظر وزن مولکولی، حاوی 9/69 درصد آهن است. این نوع، سنگ معدن غالب در استرالیا از اوایل دهه 1960 بوده است.

مگنتیت:مگنتیت با فرمول شیمیایی (Fe3O4)، یک ماده معدنی اکسید آهن است که به طور کلی سیاه بوده و بسیار مغناطیسی است. ویژگی دوم به بهره مندی از سنگ معدن مگنتیت کمک می کند. مگنتیت از نظر وزن مولکولی، حاوی 4/72 درصد آهن است که بیشتر از هماتیت است، اما سنگ معدن مگنتیت به دلیل وجود ناخالصی ها دارای عیار معدنی پایین تر (به طور کلی 20-30 درصد آهن) است. این امر منجر به هزینه های بیشتری برای تولید کنسانتره برای ذوب فولاد می شود.

لیمونیت:لیمونیت با فرمول شیمیایی (FeO (OH) .nH2O)، یکی از مواد معدنی اصلی آهن بوده که اکسید آهن هیدراته نیز نامیده می شود. نام لیمونیت به درستی باید محدود به اکسید آهن هیدراته ناخالص (با محتوای متغیر آب) باشد که دارای ویژگی کلوئیدی یا بی شکل است. اغلب قهوه ای و خاکی است، با تغییر سایر مواد معدنی آهن مانند هیدراتاسیون هماتیت یا اکسیداسیون و هیدراتاسیون سیدریت یا پیریت ایجاد می شود.

سیدریت:سیدریت، همچنین chalybite نامیده می شود و در واقع یک کانی کربنات آهن با فرمول (FeCO3) است. این ماده معدنی معمولاً در بسترهای نازک، رس یا در زغال سنگ (به عنوان مواد رسوبی) و در رگه های فلزی گرمابی (به عنوان گانگ یا سنگ زباله) وجود دارد.

کاربرد های سنگ آهن:

تولید لوازم خانگی

خودروسازی

پروژه‌های ساختمان‌سازی

راه آهن

همچنین کاربرد های غیرمستقیم سنگ آهن شامل موارد زیر میشود:

سولفات آهن: به عنوان قارچ کش

کلرید و نیترات آهن: ماده خشک کننده و برای تولید انواع مختلف جوهر

کربونیل آهن: کاتالیزور بسیاری از واکنش‌های شیمیایی

هماتیت میکاسی: یک رنگ محافظ روی روبناهای فولادیپودر آهن: برای انواع خاصی از فولادها، آهنرباها، قطعات خودرو و کاتالیزورها مورد استفاده قرار می گیرد

آهن رادیو اکتیو: به عنوان دارو و عنصر ردیابی در تحقیقات بیوشیمیایی و متالورژی به کار می رود

آهن آبی: استفاده در رنگ ها، جوهر چاپ، پلاستیک، لوازم آرایشی، رنگ های هنری، رنگ لباس، رنگ آمیزی کاغذ

اکسید آهن سیاه: به عنوان رنگدانه در ترکیبات پرداخت، متالورژی، دارو ، جوهر مغناطیسی و فریت برای صنایع الکترونیک استفاده می شود

آهن قرمز: برای استفاده در نقاشی ها، جوهر پرینت، لوازم آرایشی ( مثل سایه چشم)، رنگ های هنری، پلاستیک ها، کود و مراحل نهایی صنعتی

نحوه استخراج سنگ آهن:

برای استخراج سنگ آهن، دو روش اساسی وجود دارد. وقتی سنگ معدن آهن به سطح زمین نزدیک باشد و دارای شکل توده ای نیز باشد، از روش رو باز یا سطحی برای استخراج آن استفاده می شود. اما اگر کانه آهن در عمق زیادی نسبت به سطح زمین قرار داشته باشد، به روش زیرزمینی اقدام به استخراج آن می شود. بدین منظور نیاز به حفر چاه و رسیدن به سنگ آهن وجود دارد

بیشتر سنگ آهن با استخراج سطحی، مورد بهره برداری قرار می گیرد. همچنین برخی از معادن زیرزمینی وجود دارند، اما در صورت امکان، استخراج سطحی ترجیح داده می شود زیرا ارزان تر است

خالص سازی: استخراج آهن از سنگ معدن

فرآوری سنگ آهن

جداسازی مواد پرعیار از مواد باطله در فرآیند تغلیظ به روش های زیر انجام می شود:

1.جداسازی بر مبنای خواص مغناطیسی: در این روش با توجه به رفتار سنگ آهن در میدان مغناطیسی، ترکیبات فرومغناطیس، پارامغناطیس و نیز دیامغناطیس مشخص شده و به راحتی از هم جدا می شوند.

2.جداسازی ثقلی: این روش به دو صورت انجام شده که شامل روش های میز لرزان و استفاده از واسطه سنگین است

الف) روش میز لرزان: در این روش اجزای سبک تر به پایین محفظه منتقل می شوند و اجزای سنگین تر توسط جریان آب بین فک های دستگاه گیر افتاده و خردایش انجام می شود

ب) واسطه سنگین: استفاده از یک سری واسطه های سنگین و ترکیب این مواد با آب، باعث می شود آنهایی که چگالی بیشتری نسبت به آب دارند ته نشین شده و آنهایی که سبک تر هستند معلق بمانند و یک سری از ترکیبات نیز در میانه آنها قرار می گیرند.

3.فلوتاسیون (شناورسازی) یا جداسازی بر مبنای خواص سطحی مینرال ها: در این روش، ذرات به درون آب ریخته شده و آنهایی که آب دوست هستند خیس شده و ته نشین می شوند و آنهایی که آب گریز هستند، شناور می مانند. ذرات آب دوست و آب گریز هر دو می توانند ذرات مطلوب باشند و با توجه به هدف و اینکه ماده معدنی را میخواهیم و یا مواد باطله را، هر کدام را که بخواهیم میتوانیم ته نشین یا شناور کنیم. این روش با وارد کردن حباب به منظور کمک به شناوسازی ذرات انجام می شود.

4.جداسازی بر مبنای خواص اپتیکی، رادیواکتیو و… مینرال ها.

5.جداسازی بر مبنای هدایت الکتریکی مینرال ها

پخت یا زینترینگ سنگ آهن

پختن بخش مهمی از فرایند کلی است زیرا ضایعات را کاهش می دهد و یک ماده اولیه کارآمد برای تولید آهن فراهم می کند. بدین منظور، با اعمال حرارت، سطح بیرونی ذرات به هم چسبیده و به اصطلاح گلویی شدن در زینتر اتفاق می افتد. با ادامه زینتر کردن، تخلخل های درونی کاهش یافته و ذرات بیشتر به هم می چسبند. این عمل باعث بهبود در یکنواختی خواص، تنظیم تخلخل و نیز افزایش چگالی و استحکام می شود.

ذوب سنگ آهن در کوره بلند:

سنگ‌های حاصل را به ابعاد 6 تا 25 میلیمتری در میاورند تا برای بارگزاری در کوره مناسب شود. در کوره‌هایی با نام کوره‌های وزشی، سنگ آهن تغلیظ شده را همراه با سنگ آهک و زغال کک در معرض گرما‌ی فراوان قرار می‌دهند. در ادامه، فلز مورد نظر بر اثر حرارت و جریان گازهای حاصل از سوخت کک، ذوب می‌شود. آهن مذاب و تفاله‌ی حاصل از ناخالصی‌های سنگ آن، به مرور از کوره تخلیه می‌شود.

در این سیستم، کوره بطور مداوم از قطعات جدید سنگ فلز شارژ شده و آهن مذاب از آن به وجود می‌آید. محصول فراوری در این کوره، چدن است که در برخی صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما اکثر سازه‌های فلزی و صنایع وابسته به فراوری فلزات، نیاز به فرمی بسیار مقاوم به نام فولاد دارند. به همین دلیل، چدن را مجددا فراوری کرده و از آن فولاد مورد نیاز را به دست می‌آورند.

دمای کوره به 1925 درجه‌ی سانتیگراد نیز می‌رسد و خروجی کوره آهن مذاب همراه با گازهای مونوکسید کربن است. واکنش درون این کوره‌ها به احیای مستقیم نیز معروف است. منظور، واکنشی است که طی آن سنگ آهن اولیه توسط مواد احیا کننده‌ی جامد یا گازی، احیا می‌شود. در نهایت، محصول حاصل از این واکنش، بسته به درصد کربن موجود در آن، چدن یا فولاد نامیده می‌شود.

مصارف مستقیم سنگ آهن

سنگ آهن‌هایی که اکنون در بازار یافت می‌شوند، شکل‌های متفاوتی دارند.علاوه بر تفاوت فرمولاسیون شیمیایی در بین آنها، به شکل‌های فیزیکی مختلف از جمله دانه بندی شده، کنسانتره و گندله نیز دیده می‌شوند. در مطالب پیش رو در رابطه با موارد مذکور توضیحات کامل ارائه خواهد شد.

آیا آهن قابل بازیافت است؟

بله! آهن و فولاد 100 درصد قابل بازیافت هستند و می توان آن را دوباره در میان مواد اولیه تولید کالاهای مصرفی و با همان کیفیت مواد خام اولیه، بارها و بارها استفاده کرد. فرایند بازیافت می تواند تا حد زیادی در مصرف مواد خام و انرژی صرفه جویی کند. هر تن از فولاد بازیافت شده در مصرف بیش از ۱۴۰۰ کیلو گرم سنگ آهن، ۷۴۰ کیلوگرم ذغال سنگ کک و ۱۲۰ کیلوگرم سنگ آهک صرفه جویی کند.

کوره های قوس الکتریکی به فولاد و آهن اجازه می دهد از 100درصد مواد اولیه ضایعات فلزی ساخته شود. این امر در مقایسه با فولادسازی اولیه از سنگ معدن، انرژی مورد نیاز برای تولید فولاد را تا حد زیادی کاهش می دهد. تغییر فزاینده به سمت استفاده از کوره های قوس الکتریکی در تولید فولاد، بازار جهانی ضایعات فولادی را پشتیبانی می کند، که پیش بینی می شود تا سال 2024 به 755 میلیون تن برسد.

منابع جهانی : سنگ آهن در کجا یافت میشود؟

تولیدکنندگان عمده‌ی آن استرالیا و برزیل هستند. تولید در استرالیا 530 میلیون تن بود. مجموع تولید استرالیای جنوبی در سال 2013 به ترتیب 12 میلیون تن، شامل 3.2 میلیون تن سنگ معدن بود. لازم به ذکر است که کشور چین بزرگترین وارد کننده سنگ آهن میباشد.

معادن سنگ آهن در ایران و جهان:

مهم ترین و بزرگ ترین منابع سنگ آهن جهان:

1.معدن هامسرلی: این معدن حاوی سنگ آهن با خلوص 62 درصد بوده و یکی از بهترین سنگ آهن های جهان را دارا می باشد که در اختیار شرکت ریو تینتو است. این معدن در کشور استرالیا واقع شده است. این معدن در سال 2018 حاوی 220 میلیون تن ذخیره بوده است.

2.معدن سنگ آهن کاراجاس: این معدن که در کشور برزیل واقع شده است، متعلق به شرکت واله می باشد و به طور تقریبی حاوی 7/2 میلیارد تن دخیره با مقدار خلوص 66 درصد است.

3.معدن سنگ اهن چیچستر هاب: این معدن نیز در کشور استرالیا قرار داشته و ذخایری حدود 100 میلیون تن با خلوص 58 درصد را داراست.

4.معدن سنگ آهن یاندی: این معدن هم در کشور استرالیا قرار داشته و در سال 2020 حاوی 80 میلیوم تن ذخیره بوده است.

5.معدن سنگ آهن مونت ویل بک: از دیگر معادن کشور استرالیا بوده که یکی از بزرگترین معادن سنگ آهن روباز در جهان است و دارای ابعادی به بزرگی 1/5 در 5 کیلومتر است. خلوص این معدن نیز 69 درصد می باشد و در سال 2020 حاوی 77 میلیون تن ذخیره بوده است.

6.معدن سیشن: این معدن واقع در آفریقای جنوبی حاوی 919 میلیون تن ذخیره می باشد که خلوصی به اندازه 59 درصد دارد.

معادن سنگ آهن در ایران:

1.معدن چغارت، اولین معدن سنگ آهن ایران

یکی از مهمترین معادن سنگ آهن ایران و بزرگترین منطقه‌ی دارای منابع سنگ آهن ایران و تامین کننده اصلی ذوب آهن اصفهان در استان یزد معدن چغارت است. این اولین معدن آهن در ایران است که تاریخش به زمان قاجار بازمی‌گردد، اما در دوران پهلوی دوم به شکوفایی ویژه‌ای دست یافت
معدن چغارت در دوران پس از انقلاب هم همواره بخشی از نیاز سنگ آهن کشور را از زمین تحویل گرفته است.

2.معدن چادرملو، تولیدکننده کنسانتره آهن به روش احیا مستقیم:

شرکت معدنی و صنعتی چادرملو در سال ۱۳۷۲ در تهران تأسیس شد.معدن چادرملو یکی از مرغوب‌ترین سنگ‌آهن‌های ایران را تولید می‌کند.درواقع، اصلی‌ترین تولیدکننده کنسانتره سنگ‌آهن به روش احیای مستقیم در خاورمیانه است که در سال حدود هفت میلیون تن تولید دارد. از زاویه‌ای دیگر، این شرکت تا یک میلیون تن در سال سنگ آهن خرد شده برای کوره بلند و صادرات تولید می‌کند. چادرملو با ارزش بازار بیش از ۲۰ میلیارد دلار در سال ۲۰۰۷، یکی از بزرگترین شرکت‌های پذیرفته شده در بورس اوراق بهادار تهران است. این معدن در استان یزد واقع شده و شهرک‌های مسکونی و خدماتی مفصلی در اطراف آن طراحی و ساخته شده است.

3.معدن گل گهر

در پاسخ به سوال بزرگترین معادن آهن ایران کدامند؟ می توان گفت منطقه معدنی گل گهر با داشتن معادن غنی سنگ‌آهن به‌عنوان یکی از برجسته‌ترین قطب‌های معدنی فعال در خاورمیانه، این پتانسیل را دارد که به منطقه‌ای بزرگ و رقابتی در ایران و حتی جهان تبدیل شود. معدن گل گهر در استان کرمان و در ۵۰ کیلومتری جنوب غربی شهرستان سیرجان قرار دارد. گل گهر با ذخیره‌ای در حدود ۱۲۰۰ میلیون تن در محدوده‌ای به طول تقریبی ۱۰ کیلومتر و عرض تقریبی ۴ کیلومتر قرار دارد.
به زبان تاریخ، اکتشاف و پیگیری پروژه سنگ‌آهن گل گهر توسط شرکت خصوصی ایرانی باریت در سال ۱۳۴۸ آغاز شد و سپس با همکاری شرکت ماروبونی ژاپن ادامه یافت و از سال ۱۳۵۲ به شرکت ملی فولاد ایران واگذار شد.
اخیرا با توجه به نیاز روزافزون به گندله سنگ آهن و استفاده گسترده از گندله در کوره های بلند در ایران و سایر نقاط جهان؛ همچنین، برای سرعت بخشی به فعالیت تولید‌کنندگان شمش فولادی در ایران و ایجاد واحد گندله سازی در مجاورت معدن گل گهر، مورد بهره‌برداری قرار گرفته است.

4.معدن چاه گز بافق

یکی از بزرگترین معادن ایران، معدن چاهگز بافق است که در استان یزد و ۷۵ کیلومتری شهرستان بافق قرار دارد. این معدن حدود ۴۵ میلیون تن سنگ‌آهن با عیار ۵۲% ذخیره قطعی دارد و تولید سالیانه آن حدود ۲۴.۱ میلیون تن است.
معدن چاهگز بافق از سال ۱۳۹۰ تا ۱۳۹۶ و مجدداً از سال ۱۳۹۹ شروع به کارکرده است. کل ذخیره این معدن در بیست سال اخیر حدود ۸۳ میلیون تن تخمین زده شده است.

5.معدن سنگان

معدن سنگان یکی از معادن سنگ آهن ایران است که در شهر خواف استان خراسان رضوی واقع شده است و حدود یک میلیارد تن سنگ‌آهن ذخیره می‌کند. این معدن یکی از ۱۰ معدن سنگ آهن بزرگ جهان است که خوراک اولیه برای تولید ۱۵ میلیون تن گندله، ۵ میلیون تن سنگ‌آهن و ۱۷.۵ میلیون تن کنسانتره را تأمین می‌کند. طبق گزارش‌های کارشناسان در طی یک سال، حدود دو میلیون تن سنگ‌آهن از این معدن استخراج و به واحدهای صنعتی ارسال می‌شود.

6.معدن سه چاهون بافق، از معدن های ایران

این معدن در ۵۰ کیلومتری شمال شرقی شهرستان بافق قرار دارد و فاصله آن با معدن چغارت حدود ۳۵ کیلومتر است. این معدن مسطح و به‌صورت دشت است و تنها راه دسترسی به معدن سه چاهون بافق، جاده‌ای خاکی متصل به جاده آسفالته بافق- بهاباد است. عملیات بهره‌برداری از این معدن سنگ آهن از سال ۱۳۸۴ آغاز شد و سالیانه حدود ۲.۳ میلیون تن سنگ‌آهن از این معدن استخراج شده است که از نوع آتشفشانی رسوبی است. سنگ‌آهن‌های استخراج شده از این معدن پس از خردایش در کارخانه سنگ‌شکن و تبدیل به قطعه‌های کوچک‌تر از ۳۰۰ میلیمتر، توسط راه‌آهن به کارخانه فراوری چغارت انتقال داده می‌شود. عملیات حفاری و برداشت سنگ‌آهن در این معدن تاکنون به ارتفاع ۱۲۰ متر انجام شده است.

7.معدن سنگ آهن بیجار

یکی از بزرگترین معادن سنگ آهن روباز کشور، معدن سنگ اهن بیجار است که در استان کردستان و در نزدیکی شهر بیجار واقع شده است. این معدن حدود ۴۰ میلیون تن ذخیره سنگ‌آهن با عیار ۵۷-۴۵ دارد که در ۷ نقطه این منطقه پراکنده شده است. کارخانه تولید کنسانتره در نزدیکی این معدن با ظرفیت ۳۲۵ هزار تن در سال قرار دارد.

8.معدن آهن جلال آباد زرند

این معدن در استان کرمان و ۳۵ کیلومتری شمال غربی شهرستان زرند قرار گرفته است. از معدن جلال‌آباد زرند، سالانه حدود ۱۹۰ میلیون تن سنگ‌آهن از نوع مگنتیت و هماتیت به‌صورت پلکانی روباز استخراج می شود. این معدن تأمین‌کننده ماده اولیه کارخانه کنسانتره سنگ‌آهن فولاد زرند ایرانیان است.

9.معدن آهنگران

معدن آهنگران یکی از قدیمی‌ترین معادن سنگ آهن ایران محسوب می‌شود که در استان همدان قرار دارد و فاصله آن با شهر ملایر حدود ۳۵ کیلومتر است. این معدن در سال ۱۳۳۵ شروع به کارکرد و مساحت کلی معدن حدود ۳۰ کیلومتر است. روند استخراج این معدن نسبت به معادن دیگر متفاوت است و از روش زیرزمینی برای استخراج سنگ‌آهن استفاده می‌شود.

10.معدن سنگ آهن کاشان

معدن سنگ آهن کاشان، یکی از معادن آهن است که در مرکز کشور قرار دارد.

11.معدن نیاسر

این معدن در نزدیکی شهر نیاسر و در استان اصفهان قرار دارد.

عوامل موثر بر قیمت سنگ آهن:

عوامل مختلفی بر میزان قیمت سنگ آهن و نیز تغییرات آن تاثیر گذار است. دانستن این موارد در پیش بینی قیمت فولاد به شما کمک میکند. عوامل گوناگونی همچون شاخص تولید ناخالص داخلی، نرخ بهره، نرخ تورم، ارزش دلار، ارزش سهام، میزان تولید آهن و فولاد، قیمت فولاد، نفت خام، آلومینیوم و طلا بر نوسانات قیمت سنگ آهن تاثیرگذار است. مهم ترین عوامل تاثیر گذار بر قیمت فولاد عبارتند از:

قیمت فولاد

قیمت دلار

عرضه و تقاضای بازار

تولید و قیمت گذاری شرکت های معدنی بزرگ

موجودی انبار تولید کنندگان فولاد و بنادر

هزینه های مربوط به حمل و نقل

از نگاه برخی کارشناسان در سال‌های اخیر، موجودی بنادر کشورهای صادر کننده سنگ آهن، موجودی بنادر چین و موجودی انبارهای فولاد سازان که رشد این سه عامل، قیمت سنگ آهن را کاهش می‌دهد، شاخص حمل دریایی، قیمت فولاد و شاخص‌های اقتصادی کلان چین که رشد آن‌ها، قیمت سنگ آهن را افزایش می‌دهد، از عوامل موثر بر قیمت جهانی سنگ آهن بوده است که همین مسئله روند تغییرات قیمت آهن کیلویی را تعیین می‌نماید.

همچنین به گفته برخی محققان، با توجه به تعدد شاخص‌ها و پیچیدگی روابط میان آن‌ها، امروزه از روش‌های مبتنی بر هوش مصنوعی نظیر شبکه‌های عصبی مصنوعی برای پیش‌بینی قیمت سنگ آهن استفاده می‌شود.

سخن پایانی:

سنگ آهن کانسنگی بسیار کاربردی است و در صنایع زیادی به کار برده میشود. این سنگ منابع مختلفی در ایران و جهان دارد.این محصول کاملا قابل بازیافت است. عوامل بسیاری از جمله عرضه و تقاضای بازار فولاد بر قیمت این محصول تاثیر گذار است.

امیدواریم با گردآوری مقاله بالا توانسته باشیم اطلاعات جامع و کاملی در مورد این فلز با ارزش در اختیار شما عزیزان قرار داده باشیم.

آرین فولاد اروند زاگرس