گذر از تولید

براساس آنچه موسسه پلتس که بعدها به S&P Global Energy تغییر نام داد، منتشر کرده و ساختار محصول و تحولات بازارهای صادراتی متالورژی ایران را مورد ارزیابی قرار داده، بازار جهانی فولاد ساختمانی ایران با مازاد عرضه روبه‌رو شده است. کشورهایی مانند چین و هند با حجم گسترده تولید و البته هزینه تمام‌شده اندک، این بازار را به یک بازار رقابتی تبدیل کرده‌اند و حاشیه سود تولیدکنندگان را نیز کاهش داده‌اند. در چنین فضایی که رقابتی شدید در زمینه قیمت محصولات ساختمانی به وجود آورده، درآمد ارزی صنعت فولاد ایران در برابر نوسان‌های بازار جهانی و تعرفه‌های ضددامپینگ با تهدید روبه‌رو شده است. بر این اساس، تغییر جهت از تناژمحوری به ارزش‌آفرینی کیفی از طریق توسعه فولادهای پیشرفته با ارزش افزوده بالا به‌عنوان راهبرد اساسی در توسعه صنعت فولاد به یک ضرورت تبدیل می‌شود.

اکنون زمان آن است که صنعت فولاد ایران به‌سمت تولید محصولاتی حرکت کند که ساخت آنها به دانش فنی، دقت آزمایشگاهی و تثبیت فرآیندهای متالورژیکی پیشرفته نیاز دارد. تولید فولادهای با کیفیت میله‌ای و مقاطع خاص از اصلی‌ترین اقدام‌هایی است که باید در صنعت فولاد ایران انجام شود. این مقاطع به‌صورت مستقیم نیازهای صنایع مادر مثل خودروسازی، ماشین‌سازی سنگین، ابزارهای صنعتی و راه‌آهن را تامین می‌کنند. چنین تولیداتی در عین اینکه سودآوری زیادی دارند، اما در صورت بروز کوچک‌ترین ناخالصی ساختاری در فرآیند تولید یا ضعف در مقاومت سایشی و پیچشی، خسارت‌های شدیدی به بدنه صنعت فولاد تحمیل می‌کنند. فولادهای آلیاژی مقاوم در برابر خوردگی و حرارت ازجمله دیگر محصولاتی به‌شمار می‌روند که صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاهی کشور به آنها نیاز اساسی دارند.

همچنین تقاضای زیاد برای فولادهای الکتریکی که به محصولات سیلیس‌دار هم معروف هستند و هسته ترانسفورماتورها و موتورهای الکتریکی را تشکیل می‌دهند، دریچه‌ای نو به سمت بازارهای سودآور باز می‌کنند. گزارش‌های بین‌المللی منتشرشده از سوی موسسه پلتس نشان می‌دهد که فاصله قیمتی میان یک تن شمش یا بیلت ساختمانی معمولی با یک تن ورق آلیاژی ویژه یا مقاطع خاص، گاهی به دو تا سه برابر می‌رسد. فولادسازان ایران برای قرار گرفتن در این مسیر، نیازمند بازطراحی فناوری در بخش متالورژی ثانویه هستند. آنها باید استفاده دقیق کوره‌های پاتیل، تجهیزات گاززدایی در خلأ و سیستم‌های خنک‌کاری هدایت‌شده در نورد را در دستور کار قرار دهند تا ساختار متالورژیکی فولاد در سطح اتمی تنظیم شود و محصولات، متناسب با ویژگی‌های مکانیکی مورد نیاز مشتریان خاص به مرحله تولید برسد. 

کیمیای گاز

شاید بسیاری گمان کنند که کیفیت نهایی فولاد با استفاده از خطوط نورد استاندارد یا کوره‌های ذوب به‌روز افزایش می‌یابد، اما چنین نیست. بهبود کیفیت فولاد از نخستین دانه‌های ماده‌های اولیه‌ای که وارد خط تولید می‌شود تاثیر می‌پذیرد. صنعت فولاد ایران با بهره‌مندی از منابع گسترده گاز طبیعی، مسیر توسعه خود را بر پایه روش احیای مستقیم پیش‌بینی و تنظیم کرده است. براساس آمارهای منتشرشده از سوی انجمن جهانی فولاد، ایران با استفاده از فناوری‌هایی مانند میدرکس و پرد، موفق شده در جایگاه دوم بزرگ‌ترین تولیدکنندگان آهن اسفنجی در جهان قرار گیرد. در مقاله‌های فنی و پژوهش‌های تحلیلی منتشرشده در پایگاه تخصصی Steel Times International درباره عملکرد واحدهای احیای مستقیم در ایران، بر این نکته تاکید شده که آهن اسفنجی برای ورود به کوره‌های قوس الکتریکی باید دو ویژگی حیاتی داشته باشد.

نخستین ویژگی مرتبط با درجه متالیزاسیون بالاست و دومین ویژگی در کربن کنترل‌شده و بهینه خلاصه می‌شود. به زبان ساده، درجه متالیزاسیون به‌معنای این است که چه درصدی از کانسنگ آهن از حالت اکسیدی خارج و به آهن خالص فلزی تبدیل شده است. هر چقدر این درصد در فرآیند احیا با گاز طبیعی بالاتر برود، میزان ورود اکسیژن و ناخالصی‌ها به کوره قوس الکتریکی به حداقل می‌رسد. هر چقدر اکسیژن کمتر باشد، سرباره هم کمتر است و ذوب بهتر انجام می‌شود و مصرف نسوزها و انرژی نیز کاهش می‌یابد. مجموع این عوامل، سلامت بافت مذاب را بیشتر می‌کنند و عیب‌های متالورژیکی را کاهش می‌دهند. کربن پنهان در آهن اسفنجی نیز یک بازوی نوآورانه دیگر است که می‌تواند در خدمت صنعت فولاد قرار گیرد. درصورتی‌که رآکتورهای احیای مستقیم صنعت فولاد ایران، فرآیند کربن‌دهی را به‌صورت دقیق و کنترل‌شده انجام دهند، واکنش ملایم و کنترل‌شده‌ای در زمان شارژ مذاب در کوره قوس الکتریکی صورت می‌گیرد.

نتیجه این اقدام، تولید فولادهای فوق تمیز است که پایه اصلی تولید فولادهای رده‌بالا و آلیاژی به‌شمار می‌روند. توسعه فناوری تولید آهن بریکت گرم نیز اقدامی دیگر است که می‌تواند صنعت فولاد ایران را با توسعه روبه‌رو کند. آهن اسفنجی به دلیل ساختار متخلخلی که دارد، استعداد زیادی برای جذب رطوبت، اکسیداسیون مجدد در هوای آزاد و حتی خودسوزی در جریان انبارش و حمل‌ونقل دارد. این آسیب‌ها، عیار فلزی فولاد را پیش از رسیدن به کوره ذوب، کاهش می‌دهد. بااین‌حال، فناوری بریکت‌سازی گرم با فشرده کردن دانه‌های داغ آهن اسفنجی، حفره‌ها را مسدود می‌کند و نه‌تنها کیفیت شارژ کوره را در برابر شرایط محیطی تثبیت و ایمن می‌کند، بلکه به‌عنوان یک ماده اولیه مرغوب، کم‌گوگرد و کم‌فسفر، امکان بازاریابی در بالاترین بسترهای صادراتی جهان را برای تولیدکنندگان فولاد ایران به وجود می‌آورد.

فولادسازی اینترنتی

صنعت فولاد ماهیت سنتی دارد. براساس این ماهیت، بسیاری گمان می‌کنند نمی‌توان جنبه‌های جهان مدرن را که از طریق اینترنت و هوش مصنوعی تنظیم می‌شوند در این صنعت به‌کار گرفت. اما نکته اینجاست که کیفیت ورق‌های فولادی یا شمش‌های تولیدشده، در زمان خنک شدن و انبارش تعیین نمی‌شود. کیفیت تولیدات فلزی درست زمانی به بالاترین حد خود می‌رسد که فلز داغ از میان غلتک‌های سنگین خط نورد عبور می‌کند. در سال‌های پیش، کنترل کیفیت در این مرحله از تولید با استفاده از تجربه و دید انسانی نوردکاران و تکنسین‌های فعال در صنعت فولاد مورد ارزیابی قرار می‌گرفت. اما این موضوع به سلیقه، انگیزه و میزان خستگی اپراتورهای انسانی وابستگی دارد. با شکل گرفتن انقلاب صنعتی چهارم، این معادله به‌صورت بنیادین تغییر یافت و صنعت فولاد ایران برای باقی ماندن در عرصه رقابت جهانی باید با موج این انقلاب همراه شود.

هوشمندسازی خطوط نورد از جایی آغاز می‌شود که حسگرهای دقیق ارزیابی‌کننده ابعاد به‌صورت زنده و برخط، میزان ضخامت و عرض ورقی را که از میان غلتک‌ها عبور می‌کنند به‌صورت لحظه‌ای بسنجند و حتی میلی‌مترها را نیز در نظر داشته باشند. براساس گزارش‌های منتشرشده در نشریه AIST Transactions / Iron & Steel Technology وابسته به انجمن فناوری آهن و فولاد ایالات‌متحده، ورود چنین حسگرهایی به خطوط تولید فولاد، میزان نوسان ابعاد نورد را کاهش می‌دهد. ایران نیز می‌تواند با به‌کارگیری چنین فناوری‌هایی، خطای انسانی را پایین بیاورد و کیفیت ورق‌های تولیدی خود را به بالاترین سطح برساند. در این مرحله، چالشی اساسی وجود دارد. سطح فولاد نوردشده، تاریخچه حرارتی و مکانیکی خود را در معرض بررسی کارشناسان قرار می‌دهد. وجود کوچک‌ترین تاول، خط یا ترک سطحی، وجود نارسایی در تنظیم دمای غلتک‌ها یا سرعت خطوط تولید را به نمایش می‌گذارد.

برای جلوگیری از وجود این چالش، استفاده از سامانه‌های جدید پایش عیوب سطحی که بر پایه پردازش تصویر و دوربین‌های صنعتی پرسرعت کار می‌کنند، ضروری است. این سامانه‌ها می‌توانند تمامی عیب‌های سطحی را در ورق‌های تولیدی که با سرعتی زیاد از خط تولید عبور می‌کنند، تشخیص دهند. در این میان، اینترنت اشیای صنعتی نیز به کمک فولادسازان می‌آید. هزاران حسگر نصب‌شده در خطوط تولید شامل خط نورد، ریخته‌گری و دستگاه‌های ذوب، داده‌های خود را به یک مغز دیجیتال مرکزی ارسال می‌کنند. این داده‌ها، دمای بلبرینگ‌ها، ارتعاش موتورهای اصلی، جریان‌های الکتریکی، فشار هیدرولیکی غلتک‌ها و حتی لرزش‌های میلی‌متری قاب‌های نورد را نیز در نظر می‌گیرند و در نتیجه، اپراتور متوجه می‌شود کدام غلتک از تنظیم خارج شده یا کدام یک از دستگاه‌های ریخته‌گری نیاز به تعمیرات پیشگیرانه دارد. با تکیه بر این فناوری، صنعت فولاد از حالت درمان مشکلات به حالت پیش‌بینی و پیشگیری تغییر رویکرد می‌دهد و پیش از تولید محصولات نامنطبق، جلوی اختلال در تولید گرفته می‌شود. در نتیجه، ضایعات تولید تا حد زیادی کاهش می‌یابند، نوسان‌های کیفیت میان شیفت‌های روز و شب کمتر می‌شوند، مصرف انرژی در هر تن ورق به پایین‌ترین حد می‌رسد و تمامی محصولات نیز با کیفیتی یکسان تولید می‌شوند.

فولاد سبز

تا همین چند سال پیش، زمانی که از کیفیت فولاد سخن می‌گفتیم، همه توجه کارشناسان به ویژگی‌های مکانیکی معطوف می‌شد و پرسش‌های مختلفی در ذهن آنها شکل می‌گرفت. اینکه استحکام کششی فولاد چقدر است، درصد خلوص متالورژیکی این فولاد در کجا تجمیع شده، و آیا ابعاد ورق با دقت میکرونی تولید شده یا خیر، ازجمله پرسش‌هایی بود که ذهن مخاطبان را در تولید فولاد به خود مشغول می‌کرد. اما اکنون قواعد بازی تجارت بین‌الملل در حوزه فولاد تغییر کرده و ماهیتی جدید پیدا کرده است. در بازار و فناوری جدید متالورژی جهان، کیفیت یک متغیر درون‌کارگاهی به‌شمار نمی‌رود. محصولی که بالاترین خلوص متالورژیک را داشته باشد، اگر با استفاده بیش‌ازحد منابع آبی و انتشار بسیار زیاد گازهای گلخانه‌ای تولید شده باشد، کالایی بی‌کیفیت و پرریسک محسوب می‌شود. کیفیت مدرن در حوزه فولاد، علاوه‌بر ویژگی‌های مطلوب متالورژیک، باید شناسنامه محیط زیست شفاف نیز داشته باشد.

نخستین جرقه‌های تولید فولاد سبز را کمیته فولاد سازمان همکاری‌های اقتصادی و توسعه روشن کرد. این نهاد بین‌المللی تاکید کرده که کشورهای بزرگ جهان، به‌ویژه اتحادیه اروپا در حال پیاده‌سازی سازوکارهای تنظیم‌گری سخت‌گیرانه‌ای مانند مکانیسم تعدیل مرزی کربن هستند که سبب می‌شود فولاد وارداتی براساس میزان دی‌اکسید کربنی که برای تولید هر تن از آن در کشور مبدأ در هوا رها شده، مشمول پرداخت عوارض و جریمه‌های سنگین مالیاتی شود. اگر فولاد تولیدشده در خطوط تولید فولادسازان، ردپای کربن بالایی داشته باشد، حتی درصورتی‌که با نصف قیمت نیز در بازار عرضه شود، به‌دلیل عوارض نامطلوب محیط زیست، توان رقابت را از دست می‌دهد و از پشت درهای بازار بازگردانده می‌شود. براساس تحلیل‌های مرجع انرژی و گذار صنعتی موسسه بلومبرگ، صنعت فولاد ایران به‌صورت ساختاری یک گام جلوتر از رقبایی مانند چین و هند ایستاده است، زیرا بخشی گسترده‌ از فولاد در این کشورها هنوز در کوره‌های بلند سنتی و با مصرف زغال‌سنگ تولید می‌شود که کربن‌زا‌ترین روش ممکن در متالورژی به‌شمار می‌رود. اما بیش از ۸۰ درصد فولاد تولیدشده در ایران از روش احیای مستقیم بر پایه گاز طبیعی و کوره‌های قوس الکتریکی به‌دست می‌آید. این ترکیب فناوری، انتشار دی‌اکسید کربن به ازای هر تن فولاد خام را به‌طور طبیعی نسبت به روش کوره بلند پایین‌تر نگه می‌دارد، در نتیجه کشورمان یک مزیت رقابتی خدادادی برای ورود به باشگاه تولیدکنندگان فولاد کم‌کربن یا همان فولاد سبز در اختیار دارد.

اما نکته اینجاست که فولادسازان ایرانی برای دستیابی به فولاد سبز، دو چالش مهم پیش‌روی خود می‌بینند. نخستین چالش، انرژی است و دومین چالش در زمینه دسترسی به منابع آب مورد نیاز تعریف می‌شود. یکی از کارآمدترین نوآوری‌های صنعت فولاد در بخش انرژی، استفاده از سامانه‌های بازیابی حرارت اتلافی است. با استقرار این فناوری، این حرارت سرگردان موجود در فرآیند تولید فولاد بازیافت می‌شود و برای پیش‌گرم کردن قراضه، تولید بخار صنعتی و حتی به حرکت درآوردن توربین‌های تولید برق در درون کارخانه به‌کار گرفته می‌شود. این رویکرد، اتکای کارخانه به شبکه برق سراسری را در فصول ناترازی کاهش می‌دهد. در چالش دوم، یک نکته مهم دیگر وجود دارد. بسیاری از غول‌های فولادی کشور در فلات مرکزی و مناطق خشک مستقر شده‌اند. در چنین بستر حساسی، تولید کیفی نیازمند نوآوری‌های انقلابی در مهندسی پساب است. پروژه‌های نوین بازچرخانی چندمرحله‌ای آب و به‌کارگیری فناوری‌های تخلیه مایع صفر نشان داده‌اند که می‌توان با تصفیه پیشرفته پساب‌های صنعتی و استفاده از پساب شهری بازیافت‌شده، برداشت آب خام از سفره‌های زیرزمینی را به صفر نزدیک کرد. این نوآوری از سوی برخی از فولادسازان بزرگ کشور به اجرا درآمده و آزمایش خود را نیز به‌خوبی پس داده است.

*  روزنامه‌نگار