راه نو
تکنولوژی‌های نو چه کمکی به تولید فولاد می‌کند؟
تولید فولاد در گذشته توانست چهره تازه‌ای به دنیای ما بدهد و انقلاب صنعتی تنها با تولید فولاد بود که امکان‌پذیر شد. تولید فولاد در طی این سال‌ها روند بسیار رو به رشدی داشته است. تکنولوژی‌های جدید توانسته‌اند فرآیند تولید فولاد را دچار دگرگونی کنند که مهم‌ترین نتیجه آن پایین آمدن هزینه‌های تولید فولاد است.
یک ایده ۱۵۰ساله بالاخره در حال عملی شدن است. هنری بسمر (Henry Bessemer) همیشه به عنوان یکی از توسعه‌دهندگان راه‌های تولید فولاد توده‌ای شناخته شده است اما او به غیر از یک تولیدکننده فولاد بودن، یک مخترع بریتانیایی بسیار مهم هم بود. در دهه ۱۸۵۰ میلادی در شهر شفیلد انگلستان، دستگاه‌های کانورتور ساخته‌شده به وسیله بسمر توانستند هوا را با فشار به درون آهن مذاب بفرستند تا آن را از ناخالصی پاک کنند. همین دستگاه‌های بسمر بودند که فولاد را تبدیل به محصول مهم انقلاب صنعتی کردند. اما در همان زمان هم بسمر معتقد بود که می‌تواند از آن بهتر عمل کند. در سال ۱۸۶۵ بسمر اختراع تازه‌ای را ثبت کرد. این دستگاه می‌توانست مستقیماً نوارهای فولادی تولید کند. تا پیش از این اختراع فولاد به صورت شمش تولید می‌شد و پس از آن با گرمادهی مجدد نوار تولید می‌شد که بسیار هزینه‌بر بود.
تکنولوژی‌های جدید تولید فولاد
تولیدکننده‌های فولاد همیشه حواسشان به تکنولوژی‌های جدید بوده است. تا همین دهه ۱۹۶۰ میلادی یعنی تنها حدود ۵۰ سال پیش بود که تولیدکننده‌ها جرات کردند به منظور تولید بدون وقفه، به جای تولید شمش، صفحات فشرده و عظیم تولید کنند. در تولید چنین صفحاتی باید فولاد مذاب درون قالب‌های بدون انتهایی ریخته شود که همزمان با آب خنک می‌شوند که این فرآیند فولاد مذاب را تا حدودی منجمد می‌کند. در این مرحله فولاد وارد یکسری از رول‌ها می‌شود تا از صفحه به شکل‌های دیگر دربیاید. این شکل‌ها بنابر سفارش مشتری تولید می‌شوند. سالانه حدود ۶/ ۱ میلیارد تن فولاد در جهان تولید می‌شود که بیشتر آن با استفاده از همین روش تولید می‌شوند. با همه این پیشرفت‌ها اما هنوز چرخش زیادی لازم است تا صفحاتی با ضخامت ۸۰ تا ۱۲۰ میلی‌متر را به ضخامت یک تا دو میلی‌متری برساند که مورد نیاز بنگاه‌های اقتصادی و دیگر تولیدکنندگان مثل تولیدکنندگان خودرو است. هرچه صفحه نازک‌تر باشد، مشکلات بیشتری در کیفیت ایجاد می‌شود زیرا نازک کردن باعث تغییر در ساختار درونی فولاد می‌شود. یکی از همین مشکلات آن است که قالبی که فولاد مایع درآن ریخته می‌شود باید مدام در حال نوسان باشد تا فولاد به سطح آن نچسبد. اما در تکنولوژی‌های جدیدی مثل ماشین دوقلو یا کمربند، سطح همزمان با خنک شدن فولاد با آن حرکت می‌کند. این تکنولوژی این امکان را فراهم می‌کند که ضخامت مورد نظر درجا ساخته شود و بسیاری از مراحل پرهزینه حذف می‌شوند. کلر دیویس (Clair Davis)، یکی از باسابقه‌ترین بزرگان صنایع فولاد گفته است که تکنولوژی‌های جدید می‌توانند در ساخت فولادهای سطح بالا و تخصصی، بسیار مفید باشند. خانم دیویس و تیم ایشان در حال توسعه تکنولوژی‌های جدید در ساخت فولاد هستند به‌خصوص برای تولید با دستگاه کمربندی. از جمله تولیدات آنها، فولادهایی سبک با ضخامت و چگالی کم اما استحکام و انعطاف‌پذیری بالاست.
تولید فولاد بسمر
ایده بسمر این بود که فولاد مذاب را بین دو دستگاه چرخان که در خلاف جهت هم می‌چرخیدند قرار دهد. این دستگاه‌ها همزمان با آب در حال خنک شدن بودند. بدین ترتیب فولاد مذاب در میان این دو دستگاه چرخان پرس می‌شد و به صورت صفحه در می‌آمد. این یک ایده فوق‌العاده بود که می‌توانست با حذف چند مرحله، زمان و پول زیادی را در جیب تولیدکننده‌ها نگه دارد. اما عملی کردن این اختراع کار سختی بود و تلاش‌هایی که برای تبلیغ آن شد بی‌نتیجه ماند تا به امروز!
پیشرفت‌هایی که امروزه در تکنولوژی‌های تولید علم مواد صورت گرفته است، مخصوصاً انواع جدید فولادهای نوین بدان معناست که ایده ماشین دوقلوی بسمر بسیار جدی گرفته شده است. حتی یک نمونه مشابه آن ساخته و امتحان شده است. در این نمونه فولاد مایع مستقیماً روی یک سطح کمربندی ریخته می‌شود که این سطح به صورت افقی در حال حرکت است. چه این روش و چه روش اصلی بسمر می‌توانند تا ۸۰ درصد مصرف انرژی در این فرآیند را کاهش دهند و مصرف انرژی پرهزینه‌ترین مرحله تولید فولاد است. صرفه‌جویی‌های دیگری هم با به‌کارگیری این روش‌ها امکان‌پذیر می‌شود. اگر این روش‌ها جای خود را پیدا کنند، تولید فولاد می‌تواند دوباره متحول شود.
روش کستریپ در تولید فولاد
ناکر (Nucor)، غول فولادسازی آمریکا، به تازگی از تکنولوژی ماشین دوقلوی بسمر استفاده کرده است. آنها ایده بسمر را با کمی تغییر مورد استفاده قرار داده‌اند و نام کستریپ (Castrip) به آن داده‌اند. کستریپ همزمان دو صفحه فولادی را تولید می‌کند. یکی از مهم‌ترین نقاط قوت روش ماشین دوقلو و کمربندی فشردگی و حجم کمی است که اشغال می‌کنند. نوکر می‌گوید کستریپ تنها به ۲۰ هکتار زمین نیاز دارد در حالی که با تولید ۵۰۰ هزار تن فولاد در سال، باعث بازگشت سرمایه بسیار خوبی می‌شود. این در حالی است که در روش‌های قبلی مساحتی در حدود دو هزار هکتار لازم است و تنها با تولید چهار میلیون تن در سال می‌توان شاهد بازگشت سرمایه و سوددهی بود.
آنگونه که خبرآنلاین گزارش داده است، شرکت‌های زیاد دیگری هم دارند لیسانس کستریپ را می‌خرند تا از آن استفاده کنند. شاگانگ یکی از شرکت‌های تولید فولاد چین، اخیراً اقدام به جایگزین کردن روش‌های پیشین با تکنولوژی‌های نوین کرده است. حتی با این اعداد و ارقام امروزی می‌شود شاهد رشد استارت‌آپ‌های فولاد هم بود. آلبیون در حال جذب سرمایه برای ساخت یک کستریپ ۳۷۰ میلیون‌دلاری در انگلستان است. تونی پدر یکی از بنیانگذاران آلبیون گفته است که کستریپ آنها با پسماند فلزی تغذیه می‌شود. این پسماندها ذوب شده و از آنها فولادی برای گالوانیزه شدن تولید می‌شود و بازار هدف آنها صنایع ساخت‌وساز است. بریتانیا با مشکل پسماند مواجه است اما با این حال واردکننده فولاد گالوانیزه نیز هست. دستگاه آلبیون تنها نیاز به ۲۵۰ نفر کارمند برای راه‌اندازی و تولید دارد. این در حالی است که روش‌های سنتی نیاز به بیش از هزار نفر کارمند دارند. آقای پدر می‌گوید: ما به تکنولوژی باور داریم و کار ما از مراحل آزمایشی گذشته است.
زالتسگیتر (Salzgitter) یکی از تولیدکننده‌های فولاد در آلمان، در سال ۲۰۱۲ در نزدیکی شهر هانوفر اقدام به راه‌اندازی اولین نمونه آزمایشی از ماشین کمربندی کرد. آنها کار خود را با تولید فولاد ساختمانی آغاز کردند اما در ادامه به نمونه‌های تخصصی روی آوردند. رودریک گوتریه یکی از متخصصان این حرفه و استاد دانشگاه مک‌گیل کانادا گفته است که نکته اساسی در روش کمربندی، صیقلی نگه داشتن سطح کمربند است. گروه تحقیقاتی گوتریه در حال همکاری با شرکت‌های تولیدی زیادی هستند. روش گوتریه برای صیقلی نگه داشتن سطح کمربند خنک‌کننده، استفاده از آهنرباهای قوی است در حالی که در شرکت زالتسگیتر برای رسیدن به همان هدف از دستگاه‌های خلأ استفاده می‌شود.
معرفی نانوفناوری در صنعت فولاد
ریچارد فاینمن، فیزیکدان تاثیرگذاری در شکل‌گیری علوم نانو است. در زمانی که کسی اطلاعات چندانی در زمینه علوم نانو نداشت، او در یک سخنرانی در انجمن فیزیک آمریکا با عنوان «در پایین‌دست، فضای زیادی وجود دارد»، سوالاتی در زمینه کار با مواد و اجسام در ابعاد خیلی ریز طرح کرد که ذهن هر شنونده‌ای را به خود مشغول کرد. او همچنین با بیان تفاوت‌های علوم نانو و فیزیک بنیادی، پیشنهادهایی مطرح کرد که هرچند برای افراد در آن دهه تعجب‌برانگیز و غیرممکن تصور می‌شد، اما امروز شاهد اجرایی شدن بسیاری از این پیشنهادها هستیم و با پیشرفت روزافزون بشر در زمینه علوم مختلف و تکنولوژی و همچنین دستیابی انسان به ابعاد بسیار ریز ماده، پیش‌بینی می‌شود که تمامی پیشنهادهای او روزی به حوزه واقعیت‌های علم بشر وارد شوند.
نتایج استفاده از تکنولوژی‌های جدید در تولید فولاد
تکنولوژی‌های جدید بسیار مفید خواهند بود. شاید یکی از مهم‌ترین تاثیرات آنها امکان نزدیک شدن مراکز تولید به مشتری‌ها باشد. تولید فولاد با این تکنولوژی‌های جدید می‌تواند به کلی چهره این صنعت را تغییر دهد. آقای گوتریه گفته است که اصلاً بعید نیست کارخانه‌های تولید خودرو مستقیماً خودشان به تولید فولاد مورد نظر خودشان روی بیاورند و این با تکنولوژی‌های جدید امکان‌پذیر می‌شود. این روش‌های نوین می‌تواند همانند آنچه بسمر ۱۵۰ سال پیش می‌خواست، گردوغبار صنایع فولاد را بتکاند.
