شمش فولادی چیست و چگونه تولید می شود؟

۱۳:۳۵ - ۱۴۰۱/۱۰/۱۹
در این مقاله به معرفی شمش فولادی و انواع شمش( دستی،بیلت، بلوم و اسلب) و روشهای تولید آن خواهیم پرداخت.

انواع شمش فولادی

فهرست مطالب:

  • شمش فولادی
  • شمش دستی (ingot)
  • بیلت (billet) یا شمشال
  • بلوم (Bloom) یا فابریک
  • اسلب (Slab) یا تختال
  • روش های تولید فولاد
  • کوره بلند
  • کوره قوس الکتریکی
  • کوره تونل
  • کوره القایی
  • روش های ریخته گری شمش فولاد:
  • شمش ریزی دستی (تکباری)
  • شمش ریزی پیوسته (CCM)

شمش فولادی

مقطعی است فولادی  که در قالب اشکال هندسی تولید می شود تا حمل و نقل، ذخیره کردن و استفاده از فلز راحت تر شود. در حقیقت فرایند شمش سازی یکی از فرایندهای میانی نورد فولاد است که ماده‌ی اولیه‌ی صنایع پایین‌دستی از جمله تیرآهن، میلگرد، لوله، ورق، پروفیل و ... را تولید می‌کند. شمش سازی، در اثر انجماد فلز مذاب در قالب توسط نورد گرم از  روش های کوره بلند، احیا مستقیم، کوره تونلی، کوره قوس الکتریکی و کوره القایی انجام می گیرد. شمش های فولادی به چهار دسته شمش دستی، بیلت، بلوم و اسلب تقسیم می شود. در ادامه انواع شمش فولادی و روش های تولید آن را مورد بررسی قرار خواهیم داد.

شمش دستی

شمش دستی (ingot)

یک نوع شمش فولادی است با سطح ذوزنقه شکل، که طول هر شاخه حداکثر به دو متر می رسد. با توجه به شکل این نوع شمش، جا به جایی و حمل و نقل آن بسیار ساده است.

شمش بیلت

بیلت (billet) یا شمشال

بیلت  نوعی شمش فولادی است با سطحی به شکل مربع یا دایره که دارای حداکثر عرض 15 سانتی متر و یا نهایت مساحت 230 سانتی متر مربع است. بیلت از  روش ریخته گری (Continue Casting Machine)ccm  تولید می شود و آن را با عنوان شمشال به دلیل شباهت زیاد به یکی از ابزار بنایی به نام شمشه می شناسند. از بیلت یا شمشال برای تولید مقاطع تو پر با طول زیاد مانند میلگرد، سیم مفتول و تسمه استفاده می شود. بیلت در گروه های sp3  و sp5 تولید می شود که نوعsp3  دارای انعطاف پذیری، کشش، و خمش بسیار بالایی است در حالی که  sp5  دارای استحکام بسیار بالاتری است.

شمش بلوم

بلوم (Bloom) یا فابریک

مانند شمش بیلت می باشد با این تفاوت که  دارای عرض بیش تر از 15 سانتی متر و سطح مقطع بیشتر از 230 سانتی متر مربع است. بلوم نیز از روش ریخته گری (Continue Casting Machine)ccm  تولید می شود و به آن شمش فابریک می گویند. از بلوم یا شمش فابریک بیشتر برای تولید تیرآهن، ریل، قوطی وناودانی استفاده می شود. 

شمش اسلب

اسلب (Slab) یا تختال

اسلب یک نوع شمش فولادی مستطیل شکل با طول 4 الی 12 متر و حداکثر ضخامت 250 میلی متر می باشد. به این نوع شمش، تختال نیز می گویند. اسلب با استاندارد های متفاوتی تولید می گردد و بنا بر نوع استاندارد مشخصات آن تغییر می کند. از این نوع شمش بیشتر برای تولید ورق، صفحات و کویل استفاده می شود.

استاندارد های اسلب

روش های تولید فولاد

کوره بلند

  1. کوره بلند

رایج ترین روش برای تولید فولاد است. به استخراج فولاد از کوره بلند، احیای غیرمستقیم آهن نیز می گویند. در کوره بلند سنگ آهن  به همراه آهک (در نقش فلاکس) و کک (به عنوان عامل احیا) وارد می شود و از پایین هوای داغ با دمای 800 تا 1200 درجه سانتیگراد به درون کوره دمیده می شود. کربنی که در کک موجود است، عمل احیای اکسید آهن را انجام می دهد و آن را به آهن فلزی تبدیل می کند. سپس از پایین کوره آهن احیا شده که به آن چدن خام (pig iron) می گویند به صورت مذاب خارج می شود و گازهای مونو اکسید کربن و دی اکسید کربن که از سوختن کک به وجود آمده اند از بالای کوره خارج می شود. در نهایت آهن خام در کوره کنورتر  به کمک دمش اکسیژن به فولاد مذاب تبدیل شده و پس از رسیدن به ترکیب شمیایی مورد نظر به کمک پاتیل به ریخته گری به صورت پیوسته انجام می شود و شمش های فولادی به صورت بلوم یا بیلت ساخته می شوند. به طور کلی در روش کوره بلند، با دمیدن هوا و استفاده از اکسیژن برای سوزاندن ناخالصی ها فولاد ایجاد می شود. در این روش ماده ی اولیه سنگ آهن است و نیاز به استخراج سنگ آهن از معدن می باشد.

کوره قوس الکتریکی

  1. کوره قوس الکتریکی

کوره قوس الکتریکی (Electric Arc Furnace) دارای یک حمام ذوب  و الکترودهای کربنی  برای ذوب فولاد است. در این کوره از آهن قراضه، آهن اسفنجی، شمش چدن، و آلیاژهای آهک و فلورین برای تولید فولاد استفاده می شود. ابتدا قراضه های آهن و یا آهن اسفتجی درون کوره قرار می گیرد و به وسیله الکتروهای الکتریکی ذوب می شود و ماده مذاب تولید شده درون پاتیل ریخته می شود و عملیات آلیاژی در آن صورت می گیرد. پس از جداسازی ناخالصی ها، ماده مذاب از پاتیل وارد ظرف تاندیش شده و با یکنواختی ثابتی وارد قالب های مسی شده و سریع با آب خنک  می شود. به این صورت شمش تولیدی را در اندازه های مشخص برش می دهند. از این روش می توان برای تولید انواع شمش استفاده کرد.

کوره تونل

  1. کوره تونلی

در این روش ابتدا پودر آهک و زغال روی یک واگن متحرک به همراه سنگ آهن چیده می شود. سپس به کمک این واگن بوته ها وارد کوره تونلی می شوند و عملیات احیا آهن انجام می شود. در نهایت پس از احیا، بریکت آهن اسفنجی به روش بریکت سازی سرد تولید می شود تا برای ذوب در کوره های قوس الکتریکی یا القایی مورد استفاده قرار بگیرد. در این کوره از پودر کنستاره سنگ آهن استفاده می شود. درواقع از کوره تونلی برای ساخت بریکت(آهن اسفنجی یا Dr) استفاده می شود.

کوره القایی

  1. کوره القایی

در این روش آهن قراضه از  طریق القای میدان مغناطیسی و جریان های گردابی با استفاده از جریان برق ذوب می شود. سپس ماده مذاب حاصل از کوره‌های القایی پس از اضافه شدن آلیاژ مورد نظر به آن، به خط مداوم ریخته‌گری منتقل شده و بیلت در اندازه‌های طویل ساخته می شود.

اسلب در نورد گرم

روش های ریخته گری شمش فولاد

به فرایند شکل دهی فلزات و آلیاژها از طریق ذوب، ریختن در قالب و سرد کردن آن ریخته گری می گویند.  شیوه ی ریخته‌گری و قالب شمش، بسیار مهم است، چرا که نظم داخلی قطعه و خواص فیزیکی و مکانیکی شمش به این مرحله بستگی دارد. فرایند ریخته گری شمش پس ‌از آنکه مذاب فولاد خام، به دو روش ریخته گری پیوسته و دستی انجام می گیرد.

آهن مذاب در قالب

  1. شمش ریزی دستی (تکباری)

در این روش بارریزی مذاب تولید شده به صورت ناپیوسته و به صورت عمودی در قالب هایی که معمولا از جنس چدن هستند انجام می گیرد سپس مذاب سرد شده و هم شکل می شود. از این روش برای تولید شمش های دستی ingot) ( استفاده می شود. به این روش شمش ریزی تک باری (Batch) می گویند. در این روش برای هر شمش یک قالب استفاده می شود.

تاندیش

تاندیش

  1. شمش ریزی پیوسته (CCM)

در روش شمش ریزی پیوسته تمام فرآیند ریخته‌گری همانند یک خط تولید بوده و در یک دستگاه مخصوص فرآیند ریخته‌گری تا سرد شدن نهایی قطعات به طور پیوسته انجام می‌شود و نیازی به توقف دستگاه و خارج کردن قطعات و انتقال آن‌ها به مرحله بعدی نیست. در این روش مذاب تولید شده توسط پاتیل به مخزن دیگری به اسم تاندیش منتقل می شود سپس از طریق یک نازل از قسمت بالا به قالب آبگرد مسی یا گرافیتی وارد شده و در نهایت با سرمایش قالب و شروع انجماد، پوسته ی نازکی به اسم استرند در تماس با قالب ایجاد می شود که باعث می شود مذاب شکل قالب را به خود بگیرد. از این روش برای تولید، شمشال (Billet)، بلوم (Bloom) و تختال (Slab) استفاده می شود.

کارخانه های تولید شمش در ایران از چه کوره ای استفاده می کنند؟

ذوب آهن اصفهان از کوره بلند جهت احیا غیر مستقیم آهن و تولید شمش بلوم  استفاده می کند. در حالی که فولاد مبارکه، فولاد خوزستان و چادرملو با استفاده از کوره قوس الکتریکی فولاد و شمش تختال تولید می کنند. لازم به ذکر است در فولاد مبارکه تنها شمش اسلب یا تختال تولید می شود اما در فولاد خوزستان دیگر شمش ها شامل بلوم، بلیت و اسلب تولید می گردد. دیگر کارگاه و کارخانه های سطح کشور از کوره ی القایی برای تولید شمش استفاده می کنند.

سوالات کاربردی:

شمش فولادی چیست؟

مقطعی است فولادی  که در قالب اشکال هندسی تولید می شود تا حمل و نقل، ذخیره کردن و استفاده از فلز راحت تر شود.

انواع شمش فولادی را نام ببرید.

شمش دستی  (ingot)

بیلت (billet) یا شمشال

بلوم (Bloom) یا فابریک

اسلب (Slab) یا تختال

کوره های تولید فولاد را نام ببرید.

کوره بلند

کوره قوس الکتریکی

کوره تونل

کوره القایی

روش های ریخته گری را نام ببرید.

شمش ریزی دستی (تکباری)

شمش ریزی پیوسته (CCM)