استفاده از جدید ترین تکنولوژیهای تولید فولادو سرمایه گذاری بر روی آن، تولید آن را از یک تصمیم صرفاً اقتصادی به یک حرکت راهبردی برای تضمین استقلال صنعتی و ملی تبدیل می‌کند.فولاد نورد گرم، ماده‌ای استراتژیک و حیاتی برای استقلال صنعتی و ملی محسوب می‌شود. این محصول، ستون فقرات صنایع زیربنایی مانند ساخت‌وساز، حمل‌ونقل و خطوط انتقال نفت و گاز را تشکیل می‌دهد. وابستگی به واردات این محصول می‌تواند آسیب‌پذیری‌های اقتصادی و ژئوپلیتیک ایجاد کند، از این رو، سرمایه‌گذاری بر روی جدیدترین تکنولوژیهای تولید فولاد نورد گرم و توسعه ظرفیت‌های داخلی، یک حرکت راهبردی و ضروری است.
در گذشته، تولید فولاد نورد گرم با چالش‌هایی مانند دقت ابعادی پایین و کیفیت سطح نامطلوب همراه بود که کاربرد آن را محدود می‌کرد. با این حال، پیشرفت‌های اخیر در متالورژی و مهندسی فرآیند، منجر به ظهور تکنولوژی‌هایی شده که این محدودیت‌های سنتی را از بین برده و کیفیت فولاد نورد گرم را به سطح جدیدی ارتقا داده‌اند.
این مقاله در سایت جهان فولاد الماس (تولید کننده تجهیزات خط نورد گرم) به بررسی جامع 6 مورد از جدیدترین تکنولوژی ها در تولید فولاددر جهت افزایش کیفیت و بهره‌وری در صنعت فولاد می‌پردازد.
1- تکنولوژی تولید فولاد به روش نورد گرم:
استفاده از تکنولوژی تولید فولاد به روش نوردگرم با استفاده از دمای بالا نیروی لازم را برای شکل‌دهی کمتر می کند. شکل‌دهی محصول نورد گرم یک فرآیند شکل‌دهی فلزات است که شامل عبور دادن فولاد از میان غلتک‌ها در دمای بسیار بالا، معمولاً بالاتر از ۹۲۵ درجه سانتی‌گراد، است. این دما بالاتر از دمای تبلور مجدد فولاد است که باعث می‌شود شکل‌دهی آن بسیار آسان‌تر شود. مراحل این فرآیند از آماده‌سازی شمش‌های فولادی آغاز می‌شود؛ این شمش‌ها در کوره‌های با دمای بسیار بالا قرار می‌گیرند تا به حالت انعطاف‌پذیر برسند. سپس شمش نرم‌شده از میان مجموعه‌ای از غلتک‌ها عبور می‌کند که به تدریج ضخامت آن را کاهش داده و به شکل مورد نظر درمی‌آورد. این فرآیند به دلیل دمای بالای عملیات، به نیروی کمتری برای شکل‌دهی نیاز دارد و انعطاف‌پذیری فلز را افزایش می‌دهد.
برای درک بهتر اهمیت تکنولوژیهای جدید در این فرآیند، لازم است تفاوت‌های کلیدی آن با نورد سرد را بررسی کنیم. فولاد نورد سرد، محصولی است که پس از سرد شدن فولاد نورد گرم، تحت فرآیند شکل‌دهی مجدد در دمای محیط قرار می‌گیرد. این فرآیند طولانی‌تر و هزینه‌برتر است، اما در مقابل، محصولی با تلورانس ابعادی بسیار دقیق، کیفیت سطح صاف و براق و خواص مکانیکی بهبودیافته ارائه می‌دهد. در مقابل، فولاد نورد گرم به دلیل فرآیند تولید ارزان‌تر و سریع‌تر، در کاربردهایی که دقت ابعادی بسیار بالا مورد نیاز نیست، مانند ساخت سازه‌های بزرگ، ایده‌آل است. مزایای ذاتی نورد گرم شامل بهبود چقرمگی، انعطاف‌پذیری، و مقاومت در برابر ضربه است. همچنین، دمای بالای فرآیند باعث تصفیه ریزساختار دانه‌ها و از بین رفتن تخلخل‌های موجود در فولاد می‌شود، که به یکنواختی و استحکام آن می‌افزاید. هدف فناوری‌های جدید، ارتقاء این مزایای ذاتی و کاهش معایب سنتی فرآیند نورد گرم است.
2- فرایند ریخته گری پیوسته، تکنولوژی تولید فولاد با افزایش راندمان:
فرآیند ریخته‌گری، اولین گام در زنجیره تولید فولاد است و کیفیت محصول نهایی به شدت به این مرحله اولیه وابسته است. تکنولوژی تولید فولاد با روش ریخته‌گری پیوسته (Continuous Casting) فرآیند تولید را متحول کرده است. این روش، فولاد مذاب را به طور مستقیم و پیوسته به مقاطع نیمه‌نهایی مانند بلوم، بیلت و اسلب تبدیل می‌کند و نیازی به قالب‌گیری شمش‌های بزرگ و سپس نورد آن‌ها نیست. فرآیند با جمع‌آوری مذاب در یک مخزن آغاز می‌شود، جایی که عملیات دقیق کنترل ترکیب آلیاژی و گاززدایی انجام می‌گیرد. سپس فولاد مذاب به قالب‌های مسی مجهز به سیستمهای خنک‌کننده منتقل می‌شود.
کنترل دقیق دما و سرعت در فرآیند ریخته‌گری پیوسته از اهمیت حیاتی برخوردار است. سیستمهای خنک‌کننده موجود در قالب، انجماد یکنواخت فولاد را تضمین می‌کنند و از تشکیل عیوب رایج مانند تخلخل و جداسازی جلوگیری می‌کنند. این بهبود در کیفیت اولیه محصول، یک اثر دومینووار مثبت بر کل خط تولید دارد. وقتی محصول اولیه با کیفیتی یکنواخت و عیوب کمتر تولید می‌شود، فرآیندهای بعدی مانند نورد به زمان و انرژی کمتری برای شکل‌دهی نیاز دارند و پایداری عملیات افزایش می‌یابد. این پایداری به نوبه خود امکان افزایش سرعت تولید و کاهش ضایعات ناشی از نقص‌های ماده اولیه را فراهم می‌کند. بنابراین، ریخته‌گری پیوسته تنها یک فرآیند تولید نیست، بلکه یک کاتالیزور برای افزایش بهره‌وری کل خط تولید است که با بهینه‌سازی کیفیت در مراحل اولیه، راندمان کلی را به شدت بهبود می‌بخشد.
3- کوره القایی و پیش‌گرمایش هوشمند: گامی به سوی بهره‌وری
پیش‌گرمایش شمش‌های فولادی قبل از نورد، یک مرحله کلیدی در فرآیند تولید است که به طور مستقیم بر خواص نهایی محصول تأثیر می‌گذارد. کوره‌های القایی با استفاده از اصول الکترومغناطیس، شمش‌ها را به صورت سریع و یکنواخت از سطح تا مرکز گرم می‌کنند. این تکنولوژی تولید فولاد مزایای قابل توجهی نسبت به کوره‌های سنتی سوخت فسیلی دارد، از جمله راندمان انرژی بسیار بالاتر و عدم آلودگی مذاب به دلیل عدم تماس با عوامل احتراق. علاوه بر این، این کوره‌ها با کنترل دقیق دما، اطمینان می‌دهند که شمش در بهترین شرایط متالورژیکی برای نورد قرار دارد.
کنترل دقیق دما توسط کوره‌های القایی، آن‌ها را از یک ابزار ساده گرمایشی به یک ابزار متالورژیکی تبدیل می‌کند. دمای شمش در هنگام ورود به خط نورد، مستقیماً بر رفتار شکل‌پذیری آن و ریزساختار نهایی تأثیر می‌گذارد. با تنظیم دقیق این دما، تولیدکنندگان می‌توانند به خواص مکانیکی مطلوب در فولاد نهایی دست یابند، که این امر به تولید محصولات با استحکام بالا و کیفیت یکنواخت کمک می‌کند.8 این رابطه علت و معلولی نشان می‌دهد که پیش‌گرمایش هوشمند با کوره‌های القایی یک نقطه کنترل حیاتی در فرآیند تولید است که نه تنها هزینه‌های انرژی را کاهش می‌دهد، بلکه به طور مستقیم به ارتقاء کیفیت نهایی محصول کمک می‌کند.
4-کنترل پیشرفته نورد: از سخت‌کاری تا تولید فولادهای خاص
در گذشته، دستیابی به تلورانس‌های ابعادی دقیق به طور انحصاری به فرآیندهای نورد سرد محدود می‌شد. با این حال، پیشرفت‌های چشمگیر در سیستمهای کنترل نورد، مرزهای بین این دو فرآیند را کمرنگ کرده است.تکنولوژی تولید فولاد با استفاده از سیستمهای کنترل ضخامت خودکار هیدرولیکی (HAGC) با بهره گیری از سیلندرهای هیدرولیکی با دقت بالا و شیرهای سروو، به طور پیوسته فاصله بین غلتک‌ها را تنظیم می‌کنند تا ضخامت ورق را در طول فرآیند نورد ثابت نگه دارند. این سیستم‌ها قادرند با دقت بسیار بالا، هرگونه انحراف در ضخامت ورودی یا شرایط نورد را جبران کنند.
پیاده‌سازی سیستمهای HAGC در خطوط نورد گرم، امکان تولید محصولاتی با دقت ابعادی قابل مقایسه با نورد سرد را فراهم کرده است. این قابلیت برای تولید فولادهای پیشرفته مانند فولادهای با استحکام بالا (AHSS) که در صنایع حساسی مانند خودروسازی و ساخت‌وساز استفاده می‌شوند، حیاتی است. با کنترل دقیق پارامترهای نورد، این سیستم‌ها همچنین به کاهش ضایعات در ابتدا و انتهای نوار فولادی (Head & Tail Losses) کمک کرده و بهره‌وری کلی کارخانه را به حداکثر می‌رسانند. این تحول نشان‌دهنده یک تغییر الگوی مهم است: تکنولوژی HAGC با افزایش دقت ابعادی در نورد گرم، امکان تولید فولادهای با ارزش افزوده بالاتر را فراهم کرده و بازارهای جدیدی را برای محصولات نورد گرم گشوده است.
5- سیستمهای خنک‌کاری با تکنولوژی ترمکس (Thermex): تضمین کیفیت نهایی
یکی از مهم‌ترین تکنولوژی تولید فولاد خصوصا تولید میلگرد نورد گرم، تکنولوژی ترمکس است. این فرآیند ترمومکانیکی، یک روش ثبت‌شده جهانی است که بدون نیاز به عناصر آلیاژی گران‌قیمت، به خواص مکانیکی فوق‌العاده‌ای در محصول نهایی دست می‌یابد. مکانیزم این تکنولوژی به این صورت است که پس از خروج میلگرد داغ از آخرین قفسه نورد، به سرعت از یک سیستم خنک‌کاری با آب عبور می‌کند. این خنک‌کاری سریع و کنترل‌شده، باعث می‌شود که لایه بیرونی میلگرد به یک ساختار سخت و شکننده به نام مارتنزیت تبدیل شود، در حالی که هسته داخلی آن به دلیل دمای بالا، همچنان نرم و انعطاف‌پذیر باقی می‌ماند.
سیستمهای خنک کاری با
پس از این مرحله، هسته گرم میلگرد، گرمای خود را به سطح منتقل می‌کند و باعث “بازپخت” یا تعدیل ساختار مارتنزیتی سطح می‌شود. این فرآیند منجر به ایجاد یک ساختار دوگانه (سطح سخت و هسته نرم) می‌شود که خواص مکانیکی برجسته‌ای را به میلگرد می‌بخشد، از جمله استحکام کششی بالا، انعطاف‌پذیری زیاد (تا ۲۳ درصد کشیدگی) و مقاومت در برابر خوردگی. این رویکرد به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد تا با استفاده از پردازش هوشمند به جای آلیاژسازی گران‌قیمت، به خواص مکانیکی برتر دست یابند. این مدل اقتصادی جدید به طور مستقیم منجر به کاهش هزینه‌های تولید و افزایش رقابت‌پذیری محصول نهایی می‌شود.
6- نقش هوش مصنوعی و اتوماسیون در افزایش کیفیت و کاهش ضایعات
ادغام هوش مصنوعی (AI) و اتوماسیون صنعتی، یک تحول دیجیتالی کامل را در صنعت فولاد رقم زده است که از رویکرد سنتی “واکنشی” به یک رویکرد “پیش‌بینانه” تغییر می‌کند. یکی دیگر از تکنولوژی تولید فولاد استفاده از هوش مصنوعی می باشد.هوش مصنوعی بهینه‌سازی فرآیندهای پیچیده تولید را با تجزیه و تحلیل داده‌های گسترده جمع‌آوری‌شده از حسگرها امکان‌پذیر می‌سازد. الگوریتم‌های یادگیری ماشینی می‌توانند ترکیب ایده‌آل مواد اولیه را تعیین کنند و تنظیمات کوره را بهینه‌سازی نمایند. این فناوری در کنترل کیفیت نیز نقش حیاتی ایفا می‌کند، به طوری که می‌تواند به طور خودکار محصولات معیوب را تشخیص داده و طبقه‌بندی کند.
اتوماسیون صنعتی با استفاده از سیستمهای خودکار و رباتیک، دقت و ایمنی خطوط تولید را به شدت افزایش می‌دهد و خطای انسانی را به حداقل می‌رساند. ترکیب هوش مصنوعی و اتوماسیون، به کارخانه‌ها اجازه می‌دهد تا نگهداری پیش‌بینانه را پیاده‌سازی کنند، که در آن سیستم‌ها خرابی‌های احتمالی تجهیزات را پیش از وقوع پیش‌بینی می‌کنند. این رویکرد پیش‌بینانه منجر به کاهش خرابی‌های غیرمنتظره و هزینه‌های تعمیر و نگهداری می‌شود. با این حال، پیاده‌سازی این سیستم‌ها چالش‌هایی را نیز به همراه دارد، از جمله نیاز به سرمایه‌گذاری سنگین و کمبود پرسنل ماهر در زمینه‌های علوم داده و مهندسی. این چالش یک شکاف مهارتی ایجاد می‌کند که شرکت‌ها را ملزم به سرمایه‌گذاری در آموزش کارکنان یا جذب استعدادهای جدید می‌کند.
چالش‌ها و آینده تکنولوژیهای جدید تولید فولاد
صنعت فولاد با چالش‌های کلانی مانند نوسانات قیمت مواد اولیه، رقابت شدید جهانی، و فشارهای فزاینده برای کاهش انتشار کربن و مسائل زیست‌محیطی روبروست. پیاده‌سازی جدیدترین تکنولوژی تولید فولاد نیز به دلیل نیاز به سرمایه‌گذاری‌های عظیم و کمبود نیروی کار متخصص با موانعی همراه است. با این حال، روندهای آینده نشان‌دهنده یک مسیر روشن به سمت پایداری و بهره‌وری بیشتر است. فولاد سبز، که در آن از هیدروژن به جای زغال‌سنگ برای کاهش انتشار کربن استفاده می‌شود، و همچنین افزایش بازیافت فولاد قراضه، دو روند مهم در این صنعت هستند. همچنین، تولید فولادهای پیشرفته با استحکام بالا (AHSS) و فولادهای چندفازی، که نیاز صنایع حیاتی مانند خودروسازی و نفت و گاز را برطرف می‌کنند، در حال گسترش است.
مطالعه موردی: پروژه نورد گرم ۲ فولاد مبارکه
پروژه نورد گرم ۲ شرکت فولاد مبارکه یک نمونه عینی از سرمایه‌گذاری استراتژیک در این حوزه است. این پروژه به عنوان یکی از بزرگ‌ترین و حیاتی‌ترین پروژه‌های صنعتی کشور شناخته می‌شود. هدف اصلی آن، رفع نیاز داخلی کشور به ورق گرم و تبدیل ایران به صادرکننده این محصول استراتژیک است. این پروژه گلوگاه بسیاری از پروژه‌های ملی حیاتی، از جمله پروژه‌های انتقال گاز و آب محسوب می‌شود. با وجود تأخیرهای ناشی از مسائل مختلف مانند ابعاد پروژه و تأمین تجهیزات، مدیریت شرکت بر اتمام آن در اولویت بالا تأکید کرده است. این پروژه قرار است شش گروه محصول کلیدی تولید کند.
جدول ۲: مشخصات و محصولات پروژه نورد گرم ۲ فولاد مبارکه
این پروژه صرفاً یک سرمایه‌گذاری در یک کارخانه جدید نیست، بلکه به عنوان یک “موتور استراتژیک” برای رشد و پایداری صنعتی کشور عمل می‌کند. تکمیل آن نه تنها به خودکفایی در یک محصول استراتژیک کمک می‌کند، بلکه با تولید محصولات با کیفیت بالا، رقابت‌پذیری ایران را در بازار جهانی افزایش خواهد داد.
۹. نتیجه‌گیری و خلاصه: نوآوری‌های کلیدی در تولید فولاد نورد گرم
تولید فولاد نورد گرم با تکیه بر همگرایی تکنولوژیهای فیزیکی و دیجیتالی، مسیری نوین را آغاز کرده است. نوآوری‌های کلیدی مانند ریخته‌گری پیوسته، کوره‌های القایی هوشمند، سیستمهای کنترل پیشرفته (HAGC) و فناوری ترمکس هر کدام به تنهایی و در کنار هم، کیفیت محصول را به شکل چشمگیری افزایش داده‌اند. این تکنولوژی‌ها با کاهش عیوب اولیه، کنترل دقیق دما و دستیابی به دقت ابعادی بالا، باعث تولید فولادی می‌شوند که می‌تواند با محصولات پیشرفته‌تر رقابت کند.
علاوه بر این، ادغام هوش مصنوعی و اتوماسیون، فرآیندهای تولید را به سطح جدیدی از بهینه‌سازی رسانده است. این فناوری‌ها با فراهم کردن امکاناتی مانند نگهداری پیش‌بینانه و کنترل کیفیت خودکار، به کاهش ضایعات و افزایش بهره‌وری کلی کمک می‌کنند. در نتیجه، سرمایه‌گذاری در این حوزه‌ها دیگر یک انتخاب نیست، بلکه یک ضرورت استراتژیک برای بقا و پیشرفت در بازار رقابتی امروز صنعت فولاد است.
سوالات متداول:
1. تفاوت اصلی بین فولاد نورد گرم و فولاد نورد سرد چیست؟
پاسخ: تفاوت اصلی در دمای فرآیند تولید است. فولاد نورد گرم در دمای بالای ۹۲۵ درجه سانتی‌گراد شکل می‌گیرد که باعث افزایش انعطاف‌پذیری و چقرمگی آن می‌شود، در حالی که فولاد نورد سرد در دمای محیط و پس از فرآیند نورد گرم تولید می‌شود. فولاد نورد سرد دارای دقت ابعادی بالاتر و سطح صاف و براق‌تری است، در حالی که نورد گرم به دلیل هزینه کمتر و سرعت تولید بالاتر، برای سازه‌های بزرگ و کاربردهای عمومی‌تر ایده‌آل است.
2. چگونه تکنولوژیهای جدید مانند ریخته‌گری پیوسته و کوره‌های القایی بر کیفیت فولاد نورد گرم تأثیر می‌گذارند؟
پاسخ: این تکنولوژی‌ها به طور مستقیم کیفیت محصول نهایی را ارتقاء می‌دهند. ریخته‌گری پیوسته با حذف فرآیند قالب‌گیری و تولید مستقیم مقاطع نیمه‌نهایی، عیوب اولیه را کاهش می‌دهد و بهره‌وری را افزایش می‌دهد. کوره‌های القایی نیز با گرمایش سریع و یکنواخت، کنترل دقیقی بر دمای شمش‌ها فراهم می‌کنند که منجر به خواص مکانیکی بهتر در فولاد نهایی می‌شود.
3. فناوری ترمکس (Thermex) در تولید فولاد چه نقشی دارد؟
پاسخ: فناوری ترمکس یک فرآیند ترمومکانیکی است که برای تولید میلگردهای نورد گرم با استحکام بالا استفاده می‌شود. در این فرآیند، میلگرد پس از خروج از خط تولید به سرعت خنک می‌شود تا سطح خارجی آن سخت و هسته داخلی آن نرم باقی بماند. این فرآیند باعث ایجاد یک ساختار دوگانه با استحکام کششی بالا و انعطاف‌پذیری زیاد می‌شود، بدون نیاز به استفاده از عناصر آلیاژی گران‌قیمت.
