مروري بر انواع فرآيند‌هاي توليد فولاد 

فرآيند توليد فولاد شامل فرآيند‌هاي اصلي آهن‌سازي‌، فولادسازي و ريخته‌گري و نورد و فرآيند‌هاي آماده‌سازي مواد اوليه و احيا، شامل آگلومراسيون، گندله‌سازي و كك‌سازي است. 

روش‌هاي اصلي توليد فولاد در دنيا به‌طور كلي به دو دسته زير تقسيم مي‌شود: 

مجتمع‌هاي فولادسازي با تغذيه سنگ‌آهن 

در اين روش ماده اوليه سنگ معدن آهن (اكسيد آهن) است كه اكسيد آهن در فرآيند آهن‌سازي و با استفاده از يك ماده احياكننده، احيا شده و به آهن تبديل مي‌شود. پس از آن در فرآيند فولاد‌سازي با افزودن كربن و ساير افزودني‌هاي ضروري، آهن به فولاد تبديل مي‌‌شود. 

ميني‌ميل‌ها با تغذيه قراضه 

در اين روش ماده اوليه، قراضه‌هاي آهن و فولاد است كه پس از ذوب در كوره‌هاي قوس الكتريكي، حذف ناخالصي‌ها، افزودن كربن و ساير مواد ضروري به فولاد تبديل مي‌شود. روش مجتمع‌هاي فولادسازي به دو تكنولوژي زير تقسيم مي‌‌شود: 

ـ تكنولوژي كوره بلند ـ كنورتور 

ـ تكنولوژي احياي مستقيم 

ـ كوره بلند ـ كنورتور 

در اين روش، از كوره بلند (Blast Furnace) در توليد آهن با استفاده از ماده احيا كننده كك كه از زغال‌سنگ حاصل مي‌شود و از كوره‌هاي اكسيژني (BOF) جهت توليد فولاد از آهن استفاده مي‌شود. در كنار فرآيند‌هاي اصلي (آهن‌سازي و فولادسازي)، فرآيندهاي جانبي شامل كك‌سازي براي تهيه ماده اوليه عمليات احيا و آگلومراسيون جهت آماده‌سازي سنگ معدن آهن نيز وجود دارند كه در واقع خوراك مورد نياز فرآيندهاي اصلي را فراهم مي‌كنند. اين تكنولوژي مهم‌ترين شيوه توليد فولاد خام در جهان به‌شمار مي‌آيد و حدود 60 درصد فولاد خام دنيا به اين روش توليد مي‌شود. در اين روش براي تبديل چدن مذاب به فولاد از كوره‌هاي BOF استفاده مي‌شود كه اين كوره‌ها پس از بهبود تكنولوژي فولادسازي، جايگزين كوره‌هاي روباز (OHF) شده است. 

احياي مستقيم ـ كوره‌هاي قوس الكتريكي 

تكنولوژي ديگري توليد فولاد به روش احياي مستقيم است. در اين روش گاز طبيعي (CH4) عامل احياي سنگ معدن آهن است و در كشورهايي با منابع غني گاز طبيعي مانند ايران مورد توجه است. سهم فولاد خام توليدي از اين روش در دنيا حدود 7 درصد است. تكنولوژي احياي مستقيم به چند تكنولوژي عمده تقسيم مي‌شود كه مهم‌ترين آنها عبارت از ميدركس، HYLIII، HYL IV و بستر سيال هستند كه رايج‌ترين آنها، تكنولوژي ميدركس است. 

فرآيند فولادسازي در كوره‌هاي اكسيژني (BOF) 

در اين فرآيند چدن مذاب و قراضه‌هاي آهن را به سرعت و با استفاده از اكسيژن با خلوص بالا به فولاد با مقدار كربن مورد نظر تبديل مي‌كنند. 

فرآيند كوره اكسيژني از فلز آهن با 4 درصد كربن، فولاد با مقدار كربن يك درصد توليد مي‌كند. عناصر ديگر در فلز مذاب از قبيل سيليس، فسفر، گوگرد و منگنز به فاز سرباره منتقل مي‌شوند. توليد 250 تن فولاد در كوره‌هاي اكسيژني تقريبا 30 الي 60 دقيقه به‌طول مي‌انجامد. مواد اوليه براي توليد فولاد در فرآيند فولادسازي اكسيژني شامل موارد زير است: 

ـ چدن خام ( مذاب) به‌دست آمده از كوره بلند 

ـ قراضه‌هاي فولادي 

ـ آهن توليد شده از منابع ديگر (روش احياي مستقيم، سنگ معدن و اكسيدها) 

ـ فلاكس‌ها ( مانند آهك) 

ـ انرژي ( شيميايي، الكتريكي) 

ورودي به كوره BOF شامل چدن مذاب كه 20 تا 35 درصد قراضه‌هاي فولاد هم در آن به كار رفته است. آهن اسفنجي و سنگ معدن آهن مي‌توانند جايگزين آهن قراضه شوند. بتازگي از اكسيدهاي ضايعاتي آهن هم در كوره‌هاي اكسيژني استفاده مي‌شود. 

ميزان آهك مورد نياز براي هر تن فولاد خالص از 18 تا 45 كيلوگرم متغير است. در حالي‌كه ميزان دولوميت مورد نياز بين 13 تا 36 كيلوگرم به ازاي هر تن فولاد است. انرژي مورد نياز براي آماده‌سازي فلاكس، قراضه‌هاي فولادي و چدن مذاب به دماي فولادسازي با اكسيداسيون عناصر متفاوت در مواد ورودي بخصوص آهن، سيليكون، كربن و منگنز تامين مي‌شود. هيچ منبع گرمايي خارجي ديگري مورد نياز نيست. افزايش دما از واكنش‌هاي اكسيداسيون كه در تقابل با قراضه‌هاي فولادي يا سردكننده‌هاي ديگر هستند، حاصل مي‌شود. در مدت زمان فرآيند، كربن موجود در آهن اكسيد شده و به صورت 90 درصد مونوكسيد كربن و 10 درصد دي اكسيد كربن آزاد مي‌شود. اين اكسيدهاي گازي به همراه مقدار كمي اكسيد آهن و گرد و غبار آهكي خارج مي‌شوند. 

مصرف انرژي 

شيوه اندازه‌گيري و محاسبه ميزان آهن و فولاد توليدي در يك فصل با توجه به دشواري‌هاي اندازه‌گيري مستقيم، ميزان آهن و فولاد توليدي در فرآيند توليد آهن و فولاد، براساس مقادير اعلام شده توسط توليدكننده در نظر گرفته مي‌شود. 

مصرف انرژي ويژه حرارتي توليد واحدهاي مختلف كارخانه آهن و فولاد به ترتيب از حاصل تقسيم مصرف انرژي حرارتي آن واحد در يك دوره زماني مشخص بر ميزان محصول توليدي همان واحد در همان دوره زماني تعيين مي‌شود. 

مصرف انرژي ويژه حرارتي براساس رعايت تفكيك كارگاه‌هاي تعريف شده در اين استاندارد شامل واحدهاي آگلومراسيون، گندله‌سازي، كوره بلند، كنورتور ـ ريخته‌گري، كوره قوس ـ ريخته‌گري و نورد به ‌طور مجزا انجام مي‌شود. 

معمولا ارتباط مستقيمي بين تقاضا براي انرژي با رشد اقتصادي (GDP) در دنيا وجود دارد. بر اساس پيش‌بيني مركز مطالعات بين‌المللي انرژي متوسط رشد اقتصادي سالانه دنيا تا سال 2020 ميلادي حدود 3 درصد افزايش خواهد يافت و اين بدان معني است كه تقاضا براي انرژي نيز سالانه حدود دو تا سه درصد افزايش خواهد يافت. فقط پيش‌بيني مي‌شود كه كشور چين تا اين زمان، سالانه از رشدي معادل 5/5 درصد برخوردار شود كه نياز انرژي آن كشور نيز 4 تا 6 درصد افزايش خواهد يافت. چنين افزايشي مشمول افزايش تقاضا براي زغال‌سنگ نيز خواهد بود. 

در حال حاضر 70 درصد ذخاير فسيلي دنيا را زغال‌سنگ، 14 درصد را نفت و 5/13 درصد را گاز تشكيل مي‌دهد. با وجود گستردگي منابع زغال‌سنگ، در حال حاضر 25 درصد كل انرژي جهاني از زغال‌سنگ و 39 درصد برق توليدي سراسر جهان از زغال‌سنگ تامين مي‌شود. 

در سال 1996 حدود 58 درصد نيروگاه‌هاي حرارتي دنيا با سوخت زغال‌سنگ فعاليت مي‌كرده‌اند و پيش‌بيني مي‌شود در سال 2010 حدود 50 درصد برق جهان از زغال‌سنگ تامين شود. آژانس بين‌المللي انرژي پيش‌بيني مي‌كند كه سهم زغال‌سنگ در حامل‌هاي انرژي كشورهاي در حال توسعه جهان از 30 درصد فعلي، در سال 2030 به حدود 43 درصد خواهد رسيد. 

روند قيمت مواد اوليه 

روند قيمت مواد اوليه براي توليد فولاد در جدول آمده است. اطلاعات قيمت زغال‌سنگ حرارتي، سنگ‌آهن و گاز طبيعي توسط صندوق بين‌المللي پول (IMF) به‌دست آمده است. ارقام ثبت شده در زمينه قراضه فولادي نيز بنا بر گزارش موسسه Recycling International است. قيمت‌هاي زغال كك‌شو و الكتريسيته نيز از سازمان اطلاعات انرژي (EIA) وزارت انرژي ايالات متحده به‌دست آمده و باقيمانده ارقام ذكر شده در اين جدول از سايت steelonthenet استخراج شده است. 

نوع زغال‌سنگ حرارتي استراليايي بوده و قدرت حرارتي 1200 btu/pound دارد. كمتر از يك درصد گوگرد و 14 درصد خاكستر دارد. اين قيمت برحسب قيمت fob بندر نيوكاسل بوده و واحد آن دلار آمريكا به ازاي هر تن است و مجموعه قيمت‌ها بر حسب هزينه به ازاي تن كوتاه است. سنگ‌آهن موجود در اين جدول غلظت آهن 55/67 درصد و به‌صورت نرمه و قيمت قراردادي آن فوب اروپا است كه بر حسب واحد سنت به‌ازاي متريك تن خشك (dmtu) است. گاز طبيعي ذكر شده روسي بوده كه آخرين قيمت كشور آلمان و بر حسب دلار به ازاي هزار مترمكعب گاز است. 

در رونق‌گيري دوباره بازارها، زغال‌سنگ يكي از كالاهايي بوده كه در يك سال اخير كه با روند روبه رشد قيمتي خود تعجب همگان را برانگيخته است. براي بسياري از سرمايه‌گذاران امكان رشد قيمت كالاهايي همچون طلا، پلاتين يا نفت چندان دور از انتظار نبوده، اما اوج‌گيري زغال‌سنگ فرآيندي بود كه بسياري از سرمايه‌گذاران را شوكه كرد. ميزان ذخاير زغال‌سنگ در حال حاضر كافي به نظر مي‌رسد و در بدبينانه‌ترين پيش‌بيني‌ها، كفاف چند صد سال آينده را خواهد داد. 

كارشناسان معتقدند كه با وجود پر كشش بودن قيمت زغال‌سنگ به تقاضاي اين محصول در بلندمدت، در كوتاه‌مدت شاهد كشش‌ناپذيري زغال‌سنگ هستيم. در اين ميان برخي از حوادث در سطح جهان نيز عرضه اين كالا را در كوتاه‌مدت دچار مشكل ساخته است. اختلالات پيش آمده در ماه‌هاي گذشته در بندر New Castle استراليا كه به عنوان يكي از نقاط مهم در حمل و نقل اين محصول به حساب مي‌آيد كمي از مهم‌ترين حوادث اين ماه‌ها به حساب مي‌آيد. در پايان سال گذشته نيز دولت چين عمليات شركت‌هاي خصوصي توليدكننده زغال‌سنگ را كه از ايمني لازم برخوردار نبودند به حالت تعطيل در توليد زغال‌سنگ در چين تبديل كرد. 

اما قراضه آهني ذكر شده نيز از جنس قراضه فولادي سنگين(HMS1 يك چهارم اينچ) است و بر حسب كمترين و بيشترين قيمت در هر ماه بيان شده كه بر مبناي فوب رتردام و بر حسب واحد دلار بر تن است. قيمت‌هاي الكتريسيته مصرفي به صورت ميانگين ماهانه قيمت‌هاي ايالات متحده براي مصارف صنعتي و بر حسب واحد سنت بر كيلو وات ساعت است. 

بازار قراضه وارداتي شرق آسيا در رونق است و با توجه به بالا بودن كرايه حمل قيمت‌هاي c&f بالا رفته، همچنين قيمت‌ها نسبت به اواخر مارس 5 تا 10 دلار در هر تن افزايش داشته و يكي از دلايل افزايش قيمت، رشد قيمت نفت خام است كه موجب افزايش قيمت سوخت و در نتيجه كرايه حمل مي‌شود. 

آخرين قيمت قراضه سنگين كلاس يك آمريكا به كره‌جنوبي از 459 تا 460 دلار به 465 دلار هر تن رسيده كه تحويل ماه مي‌ است، همچنين قيمت قراضه كانتينري مخلوط وارداتي به تايوان هفته گذشته به 445 تا 450 دلار هر تن رسيد. برخي براي خريد در 447 تا 448 دلار هر تن تمايل نشان داده‌اند و معامله‌اي در 450 دلار نيز بسته شده است. 

سوالي كه هميشه مطرح است اين است كه هزينه‌هاي قيمت سنگ‌آهن چگونه تعيين مي‌شود؟ آيا به ازاي هر واحد سنگ‌آهن است يا به ازاي هر تن سنگ‌آهن است؟ بنابراين در اينجا ما بر اساس جدول زير به صورت ساده‌اي آن را تشريح مي‌كنيم كه براساس آن فولادسازان اروپايي از برزيل سنگ‌آهن مي‌خرند. عيار سنگ‌آهن برزيل در نيمه اول سال 2009 معادل 55/67 درصد و با قيمت 101 سنت به ازاي هر تن خشك بود كه معادل 01/1 دلار در هر تن خشك است، بنابراين قيمت فوب نيمه اول سال 2009 براي اروپا 2/68 دلار در هر تن (كه معادل 01/1 براي سنگ‌آهني با عيار 55/67 درصد بود). منظور از واحد dmtu آهن با عيار يك درصد يا قيمت معادل 10 كيلوگرم سنگ‌آهن در هر واحد است. 

اما براي بازار سنگ‌آهن بررسي‌ها حاكي از اين است كه توليدات غول‌هاي صنعت سنگ و آهن جهان در سه ماهه نخست سال جاري بشدت كاهش يافته است. 

تغييرات آب و هوايي موجب شد تا شركت‌هاي بي‌اچ‌پي بيليتون، ويل و تينتو كه در مجموع 70 درصد از بازار سنگ‌آهن جهان را در اختيار دارند در سه ماهه اول سال جاري با كاهش چشمگير توليدات خود مواجه شوند، اگرچه عواملي چون وضعيت نابسامان اقتصاد اروپا، كاهش نرخ رشد اقتصادي چين و نوسانات اقتصاد آمريكا منجر به كاهش تقاضاي اين محصول در دنيا شده، اما از طرف ديگر كاهش غيرمنتظره عرضه اين سنگ‌آهن افزايش قيمت جهاني آن را به دنبال داشته است. 

مقامات شركت سنگ‌آهن بي‌‌اچ‌پي بيليتون امروز اعلام كردند كه توليدات شركت آنها در سه ماهه اول سال حدود 8 درصد كاهش يافته است. گزارش عملكرد شركت‌هاي ويل و تينتو نيز نشان مي‌دهد كه توليد اين شركت‌ها نيز در سه ماهه نخست سال به ترتيب 15 و 10 درصد كاهش داشته است. 

توليدكنندگان سنگ‌آهن اميدوارند در روزهاي آينده با انتشار خبرهاي اميدواركننده از اقتصاد جهان و به‌دنبال آن افزايش تقاضا براي سنگ‌آهن، قيمت اين محصول به ميزان قابل‌توجهي افزايش يابد. 

به‌ منظور تخمين تاثيرات تغيير در هر هزينه ورودي اصلي از قبيل قراضه، كاني، ديگر مواد خام فولادي، انرژي يا نيروي انساني، به‌طور كل، هزينه‌هاي توليد ثابت يا متغير توليد هر محصول فولادي (اعم از نيمه نهايي و محصولات نهايي مانند تخت، طويل يا انواع لوله‌هاي فولادي) و ساخته شده از طريق روش فرآيند توليدي اصلي (مجتمع‌هاي فولادسازي و فولادسازي با روش قوس الكتريك) مي‌توانيد به اقتصاد مدل هزينه فولادي سايت steelonthenet مراجعه كنيد.

كمال‌الدين غفوري