با این حال، هزینه تولید فولاد در کشور به دلیل کاربرد تکنولوژی‌های قدیمی و مدیریت دولتی، بالاتر از استانداردهای جهانی است و همین امر از قدرت رقابت تولیدکنندگان ایرانی با سایر رقبا در بازارهای جهانی می‌کاهد. به گواه آمارهای رسمی، ایران طی دوره ۹ماه نخست سال ۲۰۲۰، به میزان ۲۰ میلیون و ۸۲۲ هزار تن فولاد خام تولید کرده که در مقایسه با رقم مدت مشابه سال گذشته میلادی (۱۹ میلیون و ۵۰ هزار تن)، رشد ۳/ ۹‌درصدی را نشان می‌دهد. با وجود این ، این ارقام در برابر آنچه سند چشم‌انداز ۱۴۰۴ هدفگذاری کرده است فاصله‌ای قابل توجه دارد چراکه در این چشم‌انداز ظرفیت تولید فولاد کشور ۵۵ میلیون تن هدفگذاری شده است که رسیدن به آن در چهار سال آتی، با اتکا به دانش و فناوری و همچنین شیوه حکمرانی کنونی اگرچه محال نیست اما بسیار دور از دسترس به نظر می‌رسد. همین مساله، توجه بیشتر به فناوری‌های روز را بیش‌ازپیش ضروری جلوه می‌دهد و لزوم آشنایی با انواع فناوری‌های تولید فولاد در جهان و آنچه فولاد مبارکه اصفهان بر مبنای آن پایه‌گذاری شده است را یادآور می‌شود.

فناوری؛ خشت اول توسعه

تولید فولاد اولیه (تبدیل آهن مذاب به فولاد) در دنیا عموماً و به‌طور سنتی به دو روش بنیادین صورت می‌گیرد. نخستین روش مرسوم در این صنعت اصطلاحاً روش «کوره بلند» یا «Blast Furnace» نام دارد که به‌صورت صنعتی از اواسط قرن نوزدهم میلادی مورد استفاده قرار گرفته است و با استفاده از سنگ آهن و تبدیل آن به آگلومره (کلوخه) و سپس احیا در کوره بلند به همراه کک (زغال سنگ) متالورژی فولاد تهیه می‌شود که این فرآیند در سال ۱۹۴۸ به وسیله رابرت دارر توسعه یافت و در حال حاضر حدود ۶۰ تا ۷۰ درصد تولید فولاد جهان از روش کوره بلند انجام می‌شود؛ اگرچه، تکنولوژی‌های جدید در حال کم‌رمق کردن سلطه این روش در دنیاست. روش جدیدتری که از قرن بیستم کاربرد آن فراگیر شده است «احیا مستقیم» نام دارد که با کوره قوس الکتریکی (Electric Arc Furnace) و استفاده از آهن‌قراضه در کنار آهن اسفنجی فرآیند احیا عملیاتی می‌شود که حدود ۳۰ درصد از فولاد جهان امروزه از این روش تولید می‌شود.

فناوری کوره بلند

در این روش ماده اولیه سنگ معدن آهن (اکسیدآهن) است که اکسیدآهن در فرآیند آهن‌سازی و با استفاده از یک ماده احیاکننده، احیا شده و به آهن تبدیل می‌شود. پس از آن در فرآیند فولادسازی با افزودن کربن و دیگر افزودنی‌های ضروری، آهن به فولاد تبدیل می‌شود. در این روش که شیوه سنتی تولید است، از احیای غیرمستقیم آهن استفاده می‌شود، سنگ‌ آهن پس از فرآوری به همراه آهک و کک (زغال سنگ) وارد کوره بلند شده، آهن خام یا چدن مذاب به‌دست می‌آید. در مرحله بعد، آهن خام در یک کانورتور (مبدل) به فولاد مذاب تبدیل می‌شود و کربن و ناخالصی‌های دیگر آن به کمک اکسیژن، از فرآیند خارج و فولاد خام تولید می‌شود. در کنار فرآیندهای اصلی (آهن‌سازی و فولادسازی)، فرآیندهای جانبی شامل کک‌سازی برای تهیه ماده اولیه عملیات احیا و اگلومراسیون (کلوخه‌سازی) برای آماده‌سازی سنگ معدن آهن نیز وجود دارند که در واقع خوراک مورد نیاز فرآیندهای اصلی را فراهم می‌کنند. این فناوری مهم‌ترین شیوه تولید فولاد خام در جهان به‌شمار می‌آید و همان‌طور که پیشتر اشاره شد، حدود ۶۰ تا ۷۰ درصد فولاد خام دنیا به این روش تولید می‌شود. در این روش برای تبدیل چدن مذاب به فولاد از کوره‌های BOF استفاده می‌شود که این کوره‌ها پس از بهبود فناوری فولادسازی، جایگزین کوره‌های OHF شده است. فناوری «کوره باز» نیز از دیگر فناوری‌های قابل استفاده در صنعت فولاد است اما به دلیل اینکه حجم تولید بسیار محدودی در جهان دارد، تقریباً می‌توان آن را یک فناوری منسوخ دانست.

لازم به یادآوری است که در دو دهه اخیر، شرکت پوسکوی کره‌جنوبی با ایجاد نوآوری و فناوری فاینکس در کوره بلند توانسته تحولی بزرگ در این روش ایجاد کند.

فناوری احیای مستقیم

این روش به شکلی می‌تواند روشی شبیه به بازیافت زائده‌های صنعتی تلقی شود. در این روش، ماده اولیه، قراضه‌های آهن و فولاد است که پس از ذوب در کوره‌های قوس‌ الکتریکی و از بین بردن ناخالصی‌ها و افزودن کربن و سایر مواد ضروری، به فولاد تبدیل می‌شود. تولید فولاد با استفاده از کوره‌های الکتریکی و ذوب دوباره 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 به‌همراه قراضه از آهن اسفنجی نیز برای ذوب در کوره استفاده کرد. در این شیوه که به یک احیاگر مهم نیازمند است، گاز طبیعی (CH۴) عامل احیای سنگ معدن آهن درنظر گرفته می‌شود و در کشورهایی با منابع غنی از گاز طبیعی مانند ایران، بیشتر مورد توجه قرار می‌گیرد اما سهم فولاد خام تولیدی از این روش در دنیا در حدود ۲۰ درصد است. به‌طور کلی می‌توان گفت بیشتر فولاد خام جهان به‌وسیله کوره‌های بلند تولید می‌شود اما تولید فولاد با فناوری احیای مستقیم، توجیه‌پذیرتر خواهد بود به‌ویژه برای کشوری مانند ایران که منابع زغال‌سنگ چندانی ندارد و در عین حال دارنده بزرگ‌ترین ذخایر گازی جهان است. تولید فولاد در کوره‌های الکتریکی به دلیل استفاده از قراضه آهن سریع‌تر است و همچنین هزینه ایجاد یک کوره بلند بسیار بیشتر از ایجاد کوره‌های الکتریکی خواهد بود. علاوه بر آن، روش کوره بلند محدودیت زیست‌محیطی بیشتری نسبت به روش احیای مستقیم دارد و همچنین آهن اسفنجی دارای عیار بالاتری است و حمل و ذخیره آن نیز آسان‌تر در نظر گرفته می‌شود. با این حال، فناوری احیای مستقیم به چند فناوری عمده تقسیم می‌شود که رایج‌ترین آنها، فناوری میدرکس (MIDREX) است که تاکنون حدود ۳۰ واحد میدرکس در دنیا نصب و راه‌اندازی شده است که دو واحد آن در ایران در مجتمع‌های فولاد مبارکه و فولاد خوزستان قرار دارند. صنعت فولاد ایران البته به لحاظ کارایی مصرف انرژی هنوز با دیگر کشورهای پیشرو فاصله دارد به شکلی که بیش از ۸۰ درصد از تولید فولاد کشور مبتنی بر کوره‌های قوس الکتریکی است و مابقی با استفاده از فناوری کوره بلند تولید می‌شود که این مصرف غیراستاندارد انرژی مسلماً به دلیل یارانه‌ای بودن مصرف انرژی در صنعت فولاد ایران است.

فناوری میدرکس (MIDREX)

فـــرآینــد میدرکــس آهــن مستقــیماً احیـــاشــده (Direct Reduced Iron) یا DRI تولید می‌کند که در ساخت آهن اسفنجی کاربرد دارد. این فرآیند سنگ آهن (Iron Ore) را با به‌کارگیری گازی اصلاح‌کننده (Reforming Gas) که از گاز طبیعی تولید می‌شود احیا می‌کند. DRI عمدتاً به‌عنوان مواد اولیه کوره‌های قوس‌ الکتریکی (Electric Arc Furnace) یا EAF و به‌عنوان یک منبع آهن تمیز و جایگزین آهن‌های اوراقی (قراضه) مورد استفاده قرار می‌گیرد. بعد از حذف اکسیژن، منافذی در آهن مستقیماً احیاشده باقی می‌ماند. این حفره‌ها اگر با آب پر شوند، می‌توانند باعث اکسیداسیون مجدد با اکسیژن محیط شده، تولید گرما کرده و گاه منجر به اشتعال شوند. این مساله حمل دریایی محصول و ذخیره درازمدت آن را در هوای آزاد با مشکلات جدی روبه‌رو می‌کند. برای حل این مساله KOBE Steel تکنولوژی‌ای برای فشرده‌سازی DRI به شمش‌های کوچک آهنی یا Briquette در دمایی حدود ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد ابداع کرد. DRI چگالی حدود ۴/ ۳ تا ۶/ ۳ تن بر مترمکعب دارد در حالی که چگالی بریکت بین ۵ تا ۵/ ۵ تن بر مترمکعب است. مشکل اکسیداسیون مجدد، مکان کارخانه‌های تولید DRI را به همسایگی کارخانه‌های فولادسازی محدود می‌کرد تکنولوژی بریکت داغ این محدودیت مکانی را برطرف کرده و امکان ساخت کارخانه تولید آهن احیایی در مکان‌هایی را که منابعی نظیر گاز طبیعی، سنگ آهن و انرژی ارزان‌تر در دسترس هستند فراهم کرده است. این محصول (آهن بریکت داغ) را که به آن (Hot Briquette Iron (HBI گفته می‌شود می‌توان با کشتی به کارخانه‌های فولادسازی و کارخانه‌های ورق‌سازی در کشورهای دیگر صادر کرد، به این ترتیب، این تکنولوژی، تعداد مکان‌های احتمالی را که کارخانه‌های میدرکس در سرتاسر جهان می‌توانند در آنجا ساخته شوند، بیشتر می‌کند.

فناوری فِروشاتز (FerroShots)

یکی از فناوری‌های نوین تولید فولاد که اختراع جدید گروه فولادسازی تاتا استیل (Tata Steel) است، فروشات نام دارد. فروشات در واقع قطرات آهن سرد و جامدشده در آب است. در تکنولوژی فروشات می‌توان به جای استفاده از آهن اسفنجی یا حتی شمش چدن (Pig Iron) از فروشات با درصد ریکاوری ۹۸ درصد، فولاد تولید کرد. درصد خلوص فروشات ۹۵ درصد خلوص آهن است که از گندله ۶۷ درصد، شمش چدن و آهن اسفنجی به‌مراتب بالاتر است  و با سیلیکا ۲۴/ ۱ درصد و با تراکم  چهار هزار، بهترین خوراک برای کوره‌های بلند و همچنین احیای مستقیم است. خوراک ورودی فروشات نیز، سنگ آهن هماتیت ۶۴ درصد است. اگر عیار سنگ آهن ورودی به ۶۰ درصد برسد  درصد ریکاوری پایین می‌آید و در نهایت فروشات با عیار حداقل ۹۰ درصد تولید می‌شود. به علت طبیعت فروشات، امکان استفاده از خوراک ورودی کنسانتره با دانه‌بندی زیر یک میلیمتر امکان‌پذیر نیست ولی گروه فولادسازی تاتااستیل در تلاش برای حل این معضل است. دانه‌بندی فروشات به‌صورت درشت‌دانه به ابعاد هشت تا ۲۵ میلیمتر است. بنابراین فروشات را می‌توان تحولی قابل‌توجه در تولید فولاد دانست. از دیگر مزیت‌های این فناوری، قابلیت استفاده هم‌زمان در کوره بلند و کوره قوس الکتریکی و  حتی کوره‌های کوچک ریخته‌گری (Foundries Cupola Furnaces) است. تولید تجاری با استفاده از این تکنولوژی  نخستین بار در ماه مارس ۲۰۱۶ در کارخانه فولاد تاتا در یک شهرک صنعتی در منطقه جیپور واقع در ایالت اوریسا هند صورت گرفته است. به‌طورکلی می‌توان گفت استفاده از روش‌های دیگری مانند «آلیس چالمرز و لورگی» برای گندله‌سازی، میدرکس برای آهن اسفنجی، کوره‌های قوس الکتریکی و القایی و کانورتور برای تولید شمش و فناوری نورد از فناوری‌های روز هستند و کشورهای پیشرو در این زمینه، آلمان برای ذوب و نورد، آمریکا و ژاپن برای احیا، آلمان و ژاپن برای گندله‌سازی و تولید کنسانتره هستند و کشورهایی مانند ایتالیا، اتریش، اسپانیا و کره‌جنوبی در رتبه‌های بعدی قرار دارند.

استراتژی؛ گم‌شده همیشگی

براساس برخی پژوهش‌های آکادمیک، بیشتر فولادسازان ایرانی به ازای هر نفر، حدود ۱۰۰ تن تولید دارند و بهترین فولادسازان کشور نیز سرانه تولید ۵۰۰تنی را ثبت کرده‌اند. علاوه بر کم بودن بهره‌وری فولادسازان دولتی و شبه‌دولتی در ایران، بهره‌وری شرکت‌های خصوصی نیز نسبت به نرم‌های جهانی پایین‌تر است و این شرکت‌ها نسبت به ورودی‌های خود، تولید غیراقتصادی و توجیه‌پذیری ندارند. این در حالی است که صنعت فولاد ژاپن، به ازای هر نفر بیش از سه هزار تن فولاد تولید می‌کند. از مهم‌ترین دلایل بهره‌وری ژاپنی‌ها می‌توان استفاده آنها از نسل چهارم فناوری تولید، ماشین‌آلات کارآمد و به‌روز، سیستم‌های هوشمند و روبات‌ها را نام برد که سبب شده تعداد نیروهای متخصص آنها افزایش و نیروی غیرمتخصص کاهش یابد. این مقایسه بیانگر فقدان استراتژی صنعتی در ایران و حتی در نگاهی کلان‌تر، استراتژی در حکمرانی است که ضعف آن در آمایش سرزمینی صنایع مادر به‌روشنی مشاهده می‌شود. هدف از تدوین استراتژی به‌ویژه در حوزه تکنولوژی و ارزیابی تکنولوژی به‌عنوان یکی از ابزارهای آن، شناسایی شکاف توانمندی تکنولوژی، دستیابی به مزیت و برتری تکنولوژیک است که بتوان بر اساس آن در بازار رقابتی جایگاه مناسب و ویژه‌ای را کسب کرد. استراتژی در تصویری کلان، می‌تواند به بازتعریف توانمندی‌های کشور و بازآرایی امکانات موجود در کارآمدترین شیوه بپردازد تا از پتانسیل‌های بالقوه کشور در راستای تولد ثروت ملی مشابه آنچه در فرآیند تولیدات فولاد مبارکه اصفهان به دست آمده است، بهره‌برداری شود.

منابع:

۱.https:/ / annualreview۲۰۱۵.arcelormittal.com/ fact-book / additional-information/ steel-making-process

۲- مقاله تحلیل شکاف فناوری صنعت فولاد ایران با کشورهای منتخب از منظر بهره‌وری (به قلم سوما رحمانی و همکاران)

 

این مطلب برایم مفید است
2 نفر این پست را پسندیده اند