شمش فولاد

شمش چیست؟

به طور کلی شمش ها قطعات فلزی صیقلی نشده ای هستند که به عنوان ماده اولیه برای ساخت قطعه و سایر محصولات استفاده می شود. شمش ها با انجام عملیات های مختلف مانند شکل دهی، برش و … به محصول مورد نظر تبدیل می شوند و همچنین می توانند به عنوان ذخیره ارزی بین دولت ها مبادله شوند. یکی از مهم ترین انواع شمش در کشورها شمش فولادی است. بنابراین قیمت شمش آهن برای بسیاری از بازرگانان و اقتصاد دانان یک کشور تولیدکننده فولاد حائز اهمیت است.

شمش فولاد اولین محصول قابل حمل حاصل از فرآیندهای فولادسازی (پس از استخراج آهن و تولید فولاد خام) است که به صورت جامد و در ابعاد قابل حمل تولید می شود. در واقع فرآیند شمش سازی یکی از فرآیندهای میانی نورد فولاد است که مواد اولیه صنایع پایین دستی را تولید می کند. شمش سازی با انجماد فلز مذاب در قالب انجام می شود و اهداف مختلفی را دنبال می کند.

انواع شمش فولاد

شمش های فولادی کاربردهای زیادی دارند و تنها در یک نوع ثابت تولید نمی شوند. زیرا با توجه به کاربری های مختلف نیاز به تولید انواع شمش های فولادی وجود خواهد داشت. بنابراین بر اساس چنین نیازهایی شمش های فولادی مختلفی تولید می شود. اکثر این شمش ها از نظر ابعاد و اندازه متفاوت هستند. همانطور که گفتیم هر یک از شمش ها می توانند مصارف خاص خود را در صنایع مختلف داشته باشند. برای این منظور از شمش های مناسب و ویژه برای تولید محصولات مختلف استفاده می شود. در ادامه به چند نمونه از انواع شمش فولادی اشاره می کنیم:

• شمش فولادی بیلت یا شمشه

بیلت های فولادی در آهنگری ها و ماشین سازی ها برای ساخت کالاهای مهندسی و به عنوان ماده اولیه برای ساخت لوله های بدون درز بسیار استفاده می شود. هیچ اندازه استانداردی برای شمش وجود ندارد. فلز مذاب حاصل از کوره بلند به داخل ملاقه های استوانه ای بزرگ در کارخانه های فولاد ریخته می شود. زمانی که ریخته گری دارای مقطع مربعی باشد به آن بیلت می گویند. بیشتر اوقات بیلت ها کوچک هستند و سطح مقطع یک بیلت کمتر از ۲۳۲ سانتی مترمربع است.

• شمش فولادی بلوم یا شمشال

نوع دیگری از شمش فولادی به نام بلوم یا شمشال وجود دارد. همانطور که در بالا اشاره کردیم، هر یک از شمش های فولادی ممکن است از نظر ظاهری با یکدیگر متفاوت باشند. زیرا محصولات تولید شده از شمش فولاد نیز دارای ابعاد متعدد بوده و نیاز به انواع شمش های فولادی دارد.

مثلاً شمش فولاد بلوم یا شمشال معمولاً دارای مقطع مستطیل یا مربع است. یعنی از نظر عرض و ضخامت ابعاد تقریبا مساوی دارد. معمولا سطح مقطع شمش فولاد بلوم بیش از ۲۲۵ سانتی متر است و به همین دلیل با سایر شمش های فولادی متفاوت است. شمش فولادی بلوم معمولاً برای ساخت انواع ناودانی، تیر آهن، حفاظ، لوله های بدون درز و میلگرد استفاده می شود.

• اینگت

اینگت یا شمش محصولی نیمه تمام است که سطح مقطع آن بیشتر ذوزنقه ای بوده و طول آن کمتر از ۲ متر است. رایج ترین شمش ها از فولاد، چدن، طلا، آلومینیوم و مس هستند. به شمش های فولادی شمش پارچه ای نیز گفته می شود. از جمله کاربردهای این نوع شمش آهن می توان به ساخت نمونه های آزمایشگاهی اشاره کرد.

روش های تولید انواع شمش فولادی

اکثر شمش فولادی با استفاده از یکی از چهار روش تولید می شوند: مبدل های بسمر، کوره های باز، کوره های اکسیژن پایه و کوره های الکتریکی. فرآیند اولیه اکسیژن کارآمدترین است، در حالی که روش های بسمر و اجاق باز منسوخ شده اند. کوره های الکتریکی برای تولید فولادهای با کیفیت بالا از ضایعات فولادی، آهک و مقیاس آسیاب (اکسید آهنی که روی سطح فولاد داغ تشکیل می شود و به صورت فلس سیاه می ریزد) استفاده می شود.

شمش های فولادی و رشته های متراکم با نورد گرم به بخش های نهایی منتقل می شود. مقاطع تمام شده می توانند تیرهای سازه ای، مقاطع و زاویه های کانال، میله های گرد، صفحات، نوار، مقاطع مستطیلی یا شش ضلعی، ریل های راه آهن، میله های تقویت کننده و … باشند، که نوار را به شکل لوله ای منحنی تبدیل میکند.

• روش کوره قوس الکتریکی (EAF)

این روش نسبت به سایر روش ها توجیه پذیرتر است. در این روش ابتدا ضایعات آهن در کوره قوس الکتریکی ریخته می شود. ظرفیت کوره قوس الکتریکی ۲۰۰۰۰–۱ کیلو است. سپس همزمان با ذوب ضایعات، مخلوطی از آهن اسفنجی حاصل از احیای مستقیم گلوله ها به همراه مواد سرباره ساز مانند آهک، کک، بنتونیت و سایر مواد افزودنی به مذاب اضافه می شود.

در نهایت فولاد مذاب پس از نمونه برداری، دمیدن اکسیژن، همگن سازی و آنالیزهای مختلف بدست می آید. پس از تخلیه سرباره، فولاد مذاب توسط دیگ به واحد ریخته گری پیوسته منتقل شده و از طریق نازل به داخل تاندیش و سپس قالب مسی گرد ریخته می شود. در نهایت پس از سرد شدن یخ می زند. شمش هایی که به روش قوس الکتریکی بدست می آید به طور آشکار دارای کیفیت بهتر می باشد و در ننتیجه هزینه ی بالاتری نسبت به سایر شمش های تولید شده دارد.

• روش کوره بلند (BF)

روش کوره بلند یک روش قدیمی برای تولید شمش فولاد است که در این روش بیشترین درصد سنگ آهن مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش ابتدا سنگ آهن فرآوری و آگلومره شده و سپس به همراه آهک و کک وارد کوره بلند میشود. به این ترتیب آهن فراوری نشده و یا چدن ذوب شده به دست می آید. بعد از تبدیل آهن خام به فولاد مذاب و حذف کربن و ناخالصی های دیگر به کمک اکسیژن، آن را به واحد ریخته گری مداوم منتقل میکنند برای ورود اکسیژن به داخل کوره، معمولا از دولوله‌ی نیزه‌ای شکل استفاده می‌شود. از طرفی دیگر، اکسیژن وارد شده به کوره موجب از بین رفتن ناخالصی‌ها با ایجاد اکسیداسیون در فولاد می‌گردد. این روش، یکی از مزایای استفاده از کوره بلند به شمار می‌آید که بعد از ریخته شدن فولاد ذوب شده در قالب های مشخص انجماد می گردد.

• روش کوره القایی (IMF)

در کوره های القایی امکان جداسازی و عبور از صافی های مرتبط وجود ندارد به همین دلیل نمی توان شمش با درصد کم کربن تولید کرد. همچنین میزان عناصر مضر مانند فسفر و گوگرد در این روش بیشتر از روش کوره قوس الکتریکی است. در این روش از یک میدان مغناطیسی بسیار قوی برای ذوب فلزات استفاده می شود. از آنجایی که این گرما توسط یک سیم پیچ القایی در اطراف کوره انجام می شود، نام این کوره القایی نامیده می شود. روش کار کوره القایی به این صورت است که یک سیم پیچ القایی در اطراف کوره نصب می شود تا جریان الکتریکی با فرکانس بالا وارد آن شود.

پس از وارد شدن جریان الکتریکی به سیم ها، میدان مغناطیسی بسیار بالایی در داخل کوره ایجاد می شود و باعث تولید حرارت زیاد در آن می شود. این فرایند باعث می شود تمام فلزات داخل کوره ذوب شود. به همین دلیل چنین روشی مناسب برای ذوب فلزات و تولید شمش فولادی محسوب می شود.

ریخته گری انواع شمش فولادی

هنگامی که تحت تاثیر حرارت بالا فولاد ذوب و تصفیه می شود، لازم است آن را به اشکال مفید برای پردازش بیشتر یا استفاده نهایی جامد کنید. ریخته گری شمش فولاد روش ارجح برای فولادهای خاص، ابزار، آهنگری و ذوب مجدد است. ریخته گری شمش فولاد یک فرآیند ریخته گری معمولی برای فولاد مذاب است. درصد بسیار کمی از تولید جهانی فولاد خام از طریق مسیر ریخته گری شمش به دست می آید با این حال، روش ریخته‌گری فولاد مایع در قالب‌های شمش هنوز برای گریدهای خاص فولاد کم آلیاژ و برای کاربردهای آهنگری خاص، که در آن محصولات با ابعاد بزرگ، کیفیت بالا یا قطعات کوچک مورد نیاز است، ضروری است. کاربرد معمولی برای ریخته گری شمش معمولی شامل صنایع مهندسی (به عنوان مثال در نیروگاه های تولید برق، پره های توربین)، صنعت نفت و گاز (تجهیزات انتقال، لوله های بدون درز)، صنعت هوافضا (توربین، قطعات موتور)، کشتی سازی است. (درموتورها و درایوها)، ابزارسازی و مهندسی مکانیک (آهنگرهای سنگین، فولادهای سرد، گرم و پرسرعت، بلبرینگ، چرخ دنده‌های محرک) و همچنین مهندسی خودرو می باشد.

• شمش‌ریزی دستی (تکباری)

در این روش مذاب توسط پاتیل به هر قالب مجزا ریخته شده و تا انجماد کامل در مذاب می‌ماند.

• شمش‌ریزی پیوسته، فابریک، CCM

در ریخته گری پیوسته شمش، فلز مذاب با سرعت معینی در داخل قالب که معمولاً مسی است توسط سیستم آبگرد سرد شده و در قالب ریخته می شود .در همین حال قطعات جامد قبلی با سرعتی برابر با سرعت بارگیری از انتهای قالب بیرون کشیده می شوند.

اگر شمش منجمد به طور مداوم بریده شود و تخلیه تا زمانی که مذاب وجود دارد ادامه داشته باشد، به این روش تخلیه پیوسته شمش گفته می شود. این روش به دلیل صرفه اقتصادی و سرعت در انجام فرآیند از محبوبیت بیشتری در صنعت برخوردار است.

دو گرید معروف شمش فولادی

شمش های فولادی در گریدهای مختلفی تولید می شوند که از معروف ترین آن ها می توان به sp۳ و sp۵ اشاره کرد. این دو گرید متعلق به استاندارد روسیه است که در تولید شمش فولادی کاربرد دارد. در زیر به تفاوت های شمش فولادی sp۳ و sp۵ اشاره می کنیم.

• شمش فولادی sp3 نسبت به شمش فولادی sp۵ انعطاف پذیرتر است.
• شمش فولادی sp۳ گرانتر از شمش فولادی sp۵ است.
• مقدار عناصر آلیاژی شمش فولادی sp۳ کمتر از شمش فولادی sp۵ است.
• معمولاً از شمش فولادی sp۳ در تولید نبشی، ناودانی و میلگرد با سایز کوچک و از شمش فولادی sp۵ در تولید کلاف و میلگرد تا سایز 25 استفاده می شود.

کاربرد شمش فولاد

کاربرد اصلی بلوم و بیلت در تولید تیرآهن، مفتول، میلگرد (مسطح و آجدار)، نبشی، ناودانی و شیلد (پارچه)، لوله های بدون درز و مانیسمان و سایر قطعات می باشد.

تختال یا اسلب به عنوان یکی از مهمترین محصولات خام فولادی به عنوان ماده اولیه در فرآیندهای نورد سرد و گرم در ساخت ورق ها، صفحات، نوارهای فلزی، کلاف ها و کویل ها وهمچنین لوله ی درزها و تیوب ها استفاده می شود.

عوامل تاثیر گذار در قیمت شمش های فولادی

در تولید فولادهای آلیاژی، سیلیکون، منگنز، نیکل، فسفر، کروم، گوگل کربن و … اگرچه عناصری وجود دارد، اما هیچ نوع فولادی بدون آهن ساخته نمی شود. در واقع آهن یکی از عناصر مهم در ساخت انواع فولادهای آلیاژی است. فولادهای آلیاژی مختلفی را می توان با استفاده از سنگ آهن تولید کرد. اکنون در اینجا افزایش و کاهش میزان کربن و سایر عناصر فولاد می تواند تغییرات عمده ای در ساختار آنها ایجاد کند. اما در هر صورت برای ساخت فولاد باید از آهن استفاده کرد. حال می خواهیم در مورد چنین موضوعی صحبت کنیم ، بنابراین نمی توان نقش و قیمت و هزینه نهایی سنگ آهن را در تولید فولاد نادیده گرفت. با نوسانات قیمت سنگ آهن تغییرات زیادی در قیمت نهایی فولاد ایجاد می شود.

• قیمت سنگ آهن

همانطور که قبلا ذکر شد سنگ آهن یکی از مواد اولیه مورد نیاز برای تولید انواع شمش آهن و فولاد است. بنابراین کاملا طبیعی به نظر می رسد که قیمت شمش فولاد تحت تاثیر قیمت سنگ آهن قرار گیرد.

• قیمت جهانی نفت

به طور کلی حدود ۱۵ درصد قیمت شمش فولاد و محصولات فولادی از میزان انرژی مصرفی برای تولید آنها تامین می شود. بنابراین با افزایش قیمت جهانی نفت شاهد افزایش قیمت شمش و محصولات فولادی خواهیم بود.

• قیمت آهن قراضه

از آنجایی که در تولید شمش فولاد از ضایعات آهن نیز استفاده می شود، قیمت ضایعات بر قیمت نهایی شمش تاثیرگذار خواهد بود.

• عرضه و تقاضا

به طور کلی عرضه و تقاضا نقش اساسی در تعیین قیمت نهایی یک محصول دارد. با افزایش عرضه، قیمت کاهش می یابد و با افزایش تقاضا، قیمت افزایش می یابد.

• نرخ ارز

به طور کلی با افزایش نرخ ارز تقاضا برای شمش آهن و فولاد کاهش می یابد. بنابراین، نوسانات نرخ ارز و تغییر تقاضای مربوطه بر قیمت شمش فولاد تاثیر می گذارد.

• وزن شمش آهن

دانستن وزن شمش برای فعالان بازار آهن بسیار مهم است. چرا که شمش ماده اولیه برای تولید محصولات فولادی است. وزن شمش های کارخانه های مختلف به دلیل ترکیب شیمیایی متفاوت ممکن است کمی متفاوت باشد. اما محاسبه وزن آن چندان دشوار نیست. با ضرب حجم شمش به راحتی می توانید چگالی جرم آن را بدست آورید.

جمع بندی

به طور کلی در مورد انواع شمش فولادی و خواص آن صحبت کردیم. همچنین در مورد روش و تولید شمش فولادی هم صحبت کردیم. وجود شمش فولادی در ساخت محصولات و قطعات مختلف نقش اساسی دارد. در بیشتر موارد از شمش فولاد برای تولید انواع محصولات فولادی در داخل کشور استفاده می شود که خوشبختانه ایران، در تولید فولاد، رتبه اول را در خاورمیانه و رتبه دهم را در جهان دارد و پیش بینی‌ ها نشان می‌دهد که احتمال صعود به رتبه هفتم تولید فولاد جهان، تا سال ۱۴۰۴ برای ایران امکان‌پذیر است.