نعمت اله اسدی، مدیر تکنولوژی بخش فولاد شرکت فکور صنعت تهران

تقریبا همگان بر نقش فولاد در توسعه زندگی بشر و گستردگی موارد استفاده آن در جوامع بشری اذعان دارند. از آنجایی‌که صنعت فولاد برمبنای تولید انبوه، ظرفیت قابل ملاحظه‌ای از اقتصاد و صنعت تعداد زیادی از کشورها به‌خصوص کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه را متاثر ساخته است، و از طرفی با توجه به هزینه‌های سنگین سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری و مصرف انرژی و شرایط سخت محیط کاری و اثرات نامطلوب زیست‌محیطی، نیاز به تغییر و اصلاح و بهبود تکنولوژی، توجه و دغدغه دائمی دست‌اندرکاران این صنعت بوده است.

با توجه به تغییرات شدید آب‌و‌هوایی که کل کره‌زمین و زندگی بشر را متاثر نموده است و تصمیماتی که توسط مجامع، کشورها و اتحادیه‌های مختلف در جهت کنترل این تغییرات اقلیمی گرفته شده است موجب گردیده محدودیت سنگینی برای تولید گاز CO2 در بخش‌های مختلف و هم‌چنین تولید فولاد در نظر گرفته شده است که به تدریج اعمال و پس از چندسال جرایم بسیارسنگین اعمال خواهد شد.

از آنجایی‌که صنعت فولاد از ابتدا یک صنعت انرژی‌بر بوده است، دست‌اندرکاران این صنعت اعم از تولیدکنندگان و صاحبان دانش و تکنولوژی همواره به‌دنبال طرح‌های کاهش هزینه و مصرف انرژی بوده‌اند و این حرکت خود در راستای کاهش گازهای گلخانه‌ای بوده و با مطرح شدن اعمال محدودیت‌ها و اعمال جریمه‌های سنگین به‌عنوان یک اهرم بازدارنده در تولید و انتشار این گازها، پیگیری و اقدام در رابطه با این موضوع را تشدید کرده است.

تشریح ابعاد تولید گاز CO2 توسط صنعت فولاد در بخش بالادست تولید مذاب فولاد و راهکارهای پیشنهادی کاهش آن

سهم صنعت فولاد از تولید گاز CO2 حدودا ۹-۷ درصد می‌باشد و جهت برداشت ملموس از این درصد و مقدار در اسلاید مشاهده می‌کنید تولید جهانی فولاد در جهان حدودا یک هزار و ۹۰۰ میلیون تن در سال است. البته این آمار مربوط به دو سال پیش است و تولید جهانی جمعا طی دو سال گذشته حدودا ۷ درصد افزایش داشته ولی نسبت‌ها همین حدود است. از این مقدار ۷۲ درصد آن از ترکیب روش کوره بلند و کنورتور و ۲۸ درصد آن، بیش از ۵۰۰ میلیون تن در سال از طریق کوره قوس‌الکتریکی که بخش عمده تامین خوراک آن از قراضه و ۲۰ درصد از ۲۸ درصد به‌عبارتی بیش از ۱۰۰ میلیون تن آن توسط آهن‌اسفنجی تامین می‌گردد.

همان‌طور که مشخص است به ازای هر تن تولید فولاد از طریق کوره بلند-کنورتور ۲/۲ تن گاز CO2 و از طریق کوره قوس ۴/۰ تن گاز CO2 تولید می‌گردد و منابع دیگر تولید گاز CO2 در فرآیند احیامستقیم را ۴/۱ تن اعلام نموده‌اند.

در مجموع سالیانه بیش از سه هزار میلیون تن گاز CO2  بابت این ظرفیت تولید فولاد به جو زمین متصاعد می‌گردد که سهم کشورهای مختلف تولیدکننده عمده در جهان در اسلاید ۲ مشاهده می‌شود هم‌چنین کشور چین به واسطه تولید بیش از یک هزار میلیون تن که عمده آن از طریق کوره بلند – کنورتور است قابل ملاحظه می‌باشد. کشورهایی که تولید آنها بیشتر از طریق کوره قوس، قراضه و یا آهن‌اسفنجی است سهم کمتری در تولید گاز CO2 دارند.

از طرفی توسعه کشورها به افزایش تولید فولاد وابسته است و تنها راه جهت کاهش تولید گاز CO2، اصلاح روش‌های تولید و تغییرات تکنولوژی است.

از آنجایی‌که سرمایه‌گذاری عظیمی برای تولید فولاد از طریق کوره بلند – کنورتور تاکنون هزینه شده است و تغییر این روش به سادگی و در زمان خیلی محدودی امکان‌پذیر نیست. در اسلاید (۳) و (۴) شرکت پریمتالز نقشه راهی پیشنهاد نموده که برای تولید فعلی و افزایش آتی فولاد، استفاده بیشتر قراضه در کنورتور به جای تولید انرژی پیشنهاد نموده است و به عنوان یک برنامه بلندمدت جایگزینی روش احیامسقیم و استفاده از گاز هیدروژن برای تولید آهن‌اسفنجی و به‌کارگیری کوره قوس‌الکتریکی جهت تولید مذاب را پیشنهاد داده است.

البته در این راه مشکلاتی نیز وجود دارد و مهمترین آن هزینه تولید هیدروژن است. برای تولید یک تن آهن‌اسفنجی حدود ۲/۵۶ کیلوگرم هیدروژن نیاز است که درحال‌حاضر، تولید هرکیلوگرم هیدروژن بیش از سه دلار هزینه دارد.

شرکت‌های صاحب دانش از جمله شرکت “لینده” به شدت بر روی تولید هیدروژن و هم‌چنین ابداع روش‌های جدید تولید جهت کاهش هزینه و اقتصادی نمودن آن کار می‌کنند. اخیرا قرارداد تاسیس یک آزمایشگاه مشترک بین شرکت نفتی آرامکو و شرکت لینده برای تولید هیدرژن از آمونیاک منعقد شده است.

به موازات برخی از تولیدکنندگان فولاد از طریق کوره‌بلند به استفاده از هیدروژن به‌صورت تزریق روی آورده‌اند که آمارهای انتشار یافته حدودا ۱۰ درصد کاهش در تولید گاز CO2 را نشان می‌دهد ولی به دلایل تکنولوژیک استفاده از هیدروژن در کوره‌بلند بسیار محدود می‌باشد. از آنجایی‌که کشور چین بزرگترین تولیدکننده گاز CO2 می‌باشد به شدت به احداث واحدهای آهن‌اسفنجی روی آورده است و قرارداد احداث اولین کارخانه احیامستقیم برپایه هیدروژن کامل به ظرفیت یک میلیون تن را منعقد نموده است.

شرکت POSCO به عنوان یکی از تولیدکنندگان بزرگ فولاد برمبنای کوره بلند – کنورتور با کمک شرکت PRIMETALS که قبلا فرآیندهای COREX و FINMET را توسعه داده بودند با ترکیب این دو فرآیند، تکنولوژی FINEX را به وجود آورده که فرآیند آگلومراسیون و کک‌سازی را حذف نموده و با استفاده از سنگ‌آهن با دانه‌بندی ریز و زغال‌سنگ غیرکک‌شو مدعی کاهش ۵۰ درصد CO2، ۸۱ درصد Sox، ۹۰ درصد NOx و ۴۸ درصد غبار شده است و این فرآیند را جایگزین کوره‌بلندهای مرسوم نماید.

کاهش مصرف انرژی و تولید گاز CO2 در پایین‌دست در بخش ریخته‌گری و نورد گرم

با توجه به هزینه‌های سنگین سرمایه‌گذاری برای احداث یک زنجیره و یا مجتمع تولید محصولات فولادی و هم‌چنین انرژی‌بر بودن این صنعت و آلودگی‌های زیست‌محیطی و به‌طور خاص تولید گاز CO2 در صنعت فولاد، صاحبان دانش فنی و تولیدکنندگان این صنعت را به سمت نوآوری‌هایی که بتوانند بر این موارد تاثیر بگذارند سوق داده است. یک جهت‌گیری در نوآوری‌های صنعت فولاد که بر روی هر سه حوزه کاهش سرمایه‌گذاری، مصرف انرژی و تولید گاز CO2 بسیار موثر واقع شده است پیوستگی بخش ریخته‌گری و نورد محصولات تخت Flat و طویل Long فولادی بوده است.

تغییرات و تحولات تکنولوژی در این رابطه به صورت مستمر طی چند دهه گذشته، در چندین مرحله و توسط تکنولوژهای مختلف به وجود آمده و توسط رقبا دنبال شده و در هر مرحله گام‌های بیشتری برای غلبه بر مشکلات و رفع معایب برداشته شده است تا به یک بلوغ مناسبی از مزایای تکنولوژیک برای اهداف مورد نظر برسند.

در تولید مرسوم یا Conventional ورق فولادی به صورت کویل، پس از ریخته‌گری مذاب فولاد به‌صورت شمش اسلب و سردسازی کامل شمش، مجددا در کوره‌های پیش‌گرم شمش را از دمای محیط تا دمای  1200-1250 درجه سانتی‌گراد گرم نموده و در بخش نورد، ضخامت شمش‌های ضخیم را تا ضخامت محصول نهایی ورق کاهش می‌دهند.

از آنجایی‌که دمای شمش پس از انجماد کامل و قبل از برش حدودا ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد است، در اولین گام استفاده از شمش گرم پس از برش و انتقال مستقیم به کوره‌های پیش‌گرم مدنظر قرار گرفت و افزایش دما به جای شروع از دمای محیط، از دمای حدود ۸۰۰ درجه آغاز می‌گردید تا به دمای مورد نیاز نورد برسد.

برای اینکار لازم است که واحدهای ریخته‌گری و نورد در مجاورت و نزدیک بهم احداث گردند.

در مرحله بعد به دلیل کاهش تعداد مراحل انجام نورد در استندهای مختلف و جهت نزدیک شدن به محصول نهایی در بخش ریخته‌گری به سمت کاهش ضخامت شمش اسلب تولیدی رفتند و خطوط ریخته‌گری اسلب نازک به وجود آمد و با توجه به در نظر گرفتن شارژ مستقیم شمش گرم، حدودا ۸۰۰ درجه، به خط نورد، شکل کوره‌های پیش‌گرم مرسوم به کوره‌های تونلی تغییر یافت و خط compact Strip Production (CSP) به وجود آمد.

از آنجایی‌که در کاهش ضخامت اسلب در تغییرات تکنولوژی اولیه، تندروی شده بود و مشکلات کیفی و محدودیت تنوع گریدهای محصول تولیدی را به وجود آورد، مجددا ضخامت اسلب تولیدی را در خطوط ریخته‌گری بالاتر برده و نه به اندازه اسلب‌های خطوط مرسوم، و مجددا تعداد استند را بیشتر کرده ولیکن نیاز به استندهای با ابعاد استندهای اولیه خطوط نوردهای مرسوم نبود.

تغییرات جدید منجر به ایجاد خط جدید به نام Quality Strip Production (QSP) گردید.

با توجه به رقابت بین صاحبان تکنولوژی در این زمینه کم کم نوآوری‌های مختلف جهت بهبود و توسعه این خطوط و سیر تکاملی در این صنعت به وجود آمد و آخرین نسخه‌های آن توسط سه رقیب اصلی به نام‌های ESP توسط شرکت Primetals و DUE توسط شرکتDANIELI  و CEM توسط جوینت SMS-POSCO  توسعه داده و ارائه شده است که در ادامه به توضیح مختصری در معرفی این خطوط می‌پردازیم.

شرکت Arvedi که یک تولیدکننده خصوصی فولاد در ایتالیا است با تغییراتی که در خط ISP که قبلا با شرکت مانسمان دماگ احداث کرده بود با همکاری شرکت VAI-Siemens که بعدا به Primetals تغییر نام یافت خط ESP که یک خط کاملا پیوسته ریخته‌گری-نورد است را احداث نمود. بعد از آن شرکت پریمتالز که یک تکنولوژ تامین‌کننده پلنت است نسبت به بازاریابی و احداث پلنت‌های متعدد در چین، ایران و آمریکا نموده و تاکنون بیشتر پلنت‌ها راه‌اندازی و قابل بهره‌برداری می‌باشند. از ویژگی‌های این پلنت کوتاهی طول خط تولید و پیوستگی ۱۰۰ درصد فرآیند تولید است. شاید این نتیجه جسارت تولیدکننده مانند Arvedi باشد به این دلیل که تکنولوژها و تولیدکننده‌های دیگر که بعدا در این راه گام برداشتند با احتیاط در این راه پیش رفتند و با حفظ بخش کوره تونلی البته با طول کمتری نسبت به طرح CSP فرآیند را برای مدهای مختلف پیوسته و غیرپیوسته تولید طراحی کردند.

نکته مهم:

از مهم‌ترین خواص پیوستگی در تولید نورد حذف ضایعات سروته کویل است که مقدار آن برای یک پلنت که بیش از یکصد هزار کویل در سال تولید می‌کند رقم قابل ملاحظه‌ای خواهد بود و از آن مهم‌تر به علت قابلیت کنترل یکنواختی سرعت و دمای ورق در تولید پیوسته موجب خواص یکسان در سروته و بخش میانی کویل خواهد شد و این نه تنها برای یک کویل بلکه کویل‌های متعددی که برای یک سفارش بایستی تولید شود قابل کنترل است و در تولید فولادهای کیفی این ویژگی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.  

شرکت DANIELI با تغییر و بهبود تکنولوژی QSP (Quality Strip Production) و ایجاد قابلیت تولید پیوسته ریخته‌گری و نورد، تکنولوژی QSP-DUE (DANIELI UNIVERSAL ENDLESS) را ارائه نموده است که اولین خط آن راه‌اندازی شده و خطوط دیگر در آمریکا و چین در حال احداث هستند.

از ویژگی‌های این طرح قابلیت تولید تکی، نیمه‌پیوسته و پیوسته کامل تولید کویل ورق می‌باشد. ایجاد انعطاف بیشتر در تولید در طرح دانیلی مستلزم هزینه بیشتر برای احداث کوره تونلی و پذیرش درصدی تولید گاز CO2 با وجود کوره تونلی خواهد بود.

طرح مشترک ارائه شده توسط SMS-POSCO تقریبا مشابه طرح دانیلی بوده و برای تولید تکی و پیوسته کویل ورق در نظر گرفته شده است. شرکت پوسکو علاوه بر احداث اولین واحد از این تکنولوژی به دنبال بازاریابی این خط است.

تهدیدها و فرصت‌ها برای تولیدکنندگان جهانی فولاد

با توجه به آثار زیست‌محیطی تولید گاز CO2 و تخریب سراسری و پیوستگی اثرات آن در سطح کل کره‌زمین موجب اتخاذ تصمیمات شدید محدودکننده برای تولیدکنندگان فولاد و اعمال آن در سال‌های آتی که موجب افزایش هزینه‌های تولید و از دست دادن بازارهای فروش و صادرات خواهد گردید.

بدین لحاظ تولیدکنندگانی که در کنترل آلودگی‌ها و رفتن به سمت تولید به اصطلاح فولاد سبز پیشرو باشند از فرصت‌های بهتری برخوردار خواهند شد و آن‌هایی که در این زمینه سستی نموده و عقب بیافتند با تهدیدهایی در ادامه راهشان روبه‌رو خواهند بود. 

درست است که جنگ اوکراین موجب تضعیف کنترل منابع آلوده‌کننده محیط‌زیست و استفاده مجدد از منابع بیشتر آلوده‌کننده تولید انرژی شده است ولیکن باید قبول کرد که این شرایط موقت خواهد بود و کنترل آلودگی کره‌زمین راه اجباری است که بشر باید طی کند.

خوشبختانه بخش تولید فولاد ایران که درحال‌حاضر رتبه دهم تولیدکننده در جهان را دارد در این راه با مراحلی که تاکنون طی کرده است نسبت به خیلی از تولیدکنندگان بزرگ در جهان جلوتر است هر چند تا رسیدن به نقطه مطلوب فاصله قابل‌توجهی دارد.

انتخاب توسعه فولاد کشور پس از احداث ذوب‌آهن اصفهان در دهه پنجاه بر اساس احداث واحدهای احیامستقیم با توجه به وجود ذخایر گازی عظیم و تسریع در توسعه این واحدها در کشور پس از انقلاب و بومی‌سازی بسیار زیاد این فرآیند موجب گردیده که ایران پس از کشور هند با تولید ۳۰ میلیون تن آهن‌اسفنجی از تقریبا ۱۲۰ میلیون تن تولید جهانی معادل ۲۵ درصد را به خود اختصاص دهد و کشور هند با تولید ۴۰ میلیون تن ۳۰ درصد تولید جهانی را دارد.

نکته مهم این است که با این ظرفیت تولید کشور، ما باید در جهت نوآوری‌های نوین در احیامستقیم نیز پیشگام بوده به خصوص در به کارگیری هیدروژن در این صنعت که ضمن حذف ریفورمر در فرآیند و با توجه به ایجاد محدودیت در مصرف گاز طبیعی که مانع بزرگی در احداث و توسعه این‌گونه واحدها و افزایش تولید در کشور شده و خواهد گردید در صورت به دست آوردن و تسلط بر این تکنولوژی موجب خواهد گردید بتوان سهم قابل توجهی از بازار آینده احداث این پلنت‌ها در جهان را به دست آورد.  

لازم است در این رابطه هرچه زودتر اقدامی صورت بگیرد و در صورت عدم توان یک شرکت می‌توان با ایجاد مشارکتی از تولیدکنندگان و سازندگان واحدهای احیامستقیم و ارتباط با پیشروان این نوآوری و تکنولوژی نسبت به احداث اولین واحد با ظرفیت مناسب اقدام نمود.

خوشبختانه یکی دیگر از گام‌های بزرگ و خوبی که درکشور ما در این راستا برداشته شده است احداث طرح فولاد شرکت توسعه آهن‌وفولاد گل‌گهر بوده که انتخاب یکی از پیشرفته‌ترین طرح‌های خطوط پیوسته تولید ورق به صورت کویل به نام ESP می‌باشد که در اینجا لازم است از شجاعت مدیران این مجموعه جهت برداشت چنین گام بلندی در توسعه فولاد کشور در سخت‌ترین شرایط بین‌الملی و محدودیت‌ها برای کشور ما که در تاریخ نظیر نداشته است تقدیر به عمل آورد که انشاءالله با به ثمر نشستن آن گام بسیار بلند در به دست آوردن تکنولوژی نوین و به روز که با تولید فولاد سبز انطباق دارد.

گام گذاشتن در مسیر تغییرات بزرگ و تطبیق با آخرین تحولات تکنولوژی روز دنیا نیاز به توجه و توان مدیریتی بالایی دارد که خوشبختانه تجربه به وجود آمده تا این مرحله از اجرای پروژه نشان از وجود این توان در کشور هم در بخش کارفرمایی و هم در بخش پیمانکاری وجود دارد.

علیرغم شرایط و مشکلاتی که کشور ما طی سالیان گذشته داشته و محدودیت‌های بسیار زیاد و پیشرفته و خاص بودن تکنولوژی به کارگرفته شده در این پروژه و حتی اگر بخواهیم با پروژه‌های دیگر کشور در بخش‌ها و صنایع مختلف مقایسه کنیم تاکنون پروژه به پیشرفت بسیار خوبی دست یافته که لازم است مختصری به آن اشاره گردد.

اسلاید آخرین وضعیت پروژه:

جمع‌بندی و سایر پیشنهادات

قبل از پرداختن به پیشنهادات اصلاحات و توسعه صنعت فولاد لازم است در رابطه با نگاه توسعه این بخش کمی صحبت گردد. به نظر می‌آید نگاه به توسعه صنعت فولاد براساس تکیه عمده بر بازار داخل و مواد اولیه قابل تامین در داخل کشور تغییر یافته و توسعه صنعت بر اساس افزایش توسعه توانمندی‌های مدیریتی و منابع انسانی و جانمایی‌ها و انتخاب تکنولوژی‌های مناسب قرار بگیرد.

و اما پیشنهاداتی که می توان در این رابطه ارائه داد:

• علیرغم نقطه نظر صاحب نظران و تصمیم‌گیران در جانمایی طرح های فولاد که بایستی به سمت سواحل دریا و بخصوص چابهار که توسعه آن تصمیم استراتژیکی برای کشور می باشد ولیکن مشاهده می‌گردد که طرح‌های جدیدی در داخل کشور شروع به احداث گردیده و طرح‌های ساحلی با کندی بسیار زیاد و محدود پیش می‌رود و مشکلات بزرگ موجود حمل‌ونقل، انتقال انرژی، تامین آب، محیط‌زیست و… را در سطح وسیعی از کشور بیشتر و گسترده می‌نماید.

بنابراین لازم است با استفاده از مصوبات و قوانین بازدارنده سرمایه‌گذاری‌های داخلی را به سمت طرح‌های ساحلی هدایت نمود و هم‌زمان طرح‌های زیرساختی در این مناطق را با سرعت و اولویت اجرایی نمود.

• با توجه به افزایش هزینه‌های انرژی و طرح‌های کنترل آلودگی هزینه‌های سرمایه‌گذاری را بالابرده است دیگر طرح‌های با ظرفیت پایین مقرون به صرفه نبوده و قدرت رقابت ندارند و در این رابطه صاحبان تکنولوژی با نوآوری‌های جدید در مساحت‌های کوچکتر و یا همان مساحت‌های قبلی با استفاده از اتوماسیون‌های پیشرفته و مصالح بهتر برای تولید تجهیزات به تولید چند برابری نسبت به طرح‌های قبلی رسیده‌اند.

برای مثال طرح‌های قبلی تولید میلگرد که حدود ۳۰۰ تا ۴۰۰ هزار تن در سال بالغ می‌گردید، خطوط جدیدی که ارائه می‌شود در همان مساحت و تقریبا با همان تعداد از ماشین‌آلات به ظرفیت ۲/۱ تا ۵/۱ میلیون تن در سال رسیده‌اند که قیمت تمام‌شده محصول را به شدت کاهش داده‌اند و یا خطوط اسلب تک خط امروزه به ظرفیت سه میلیون تن در سال رسیده و تکنولوژها مدعی هستند قابلیت چهار میلیون تن را با تک خط دارند.

• همان‌طور که تقریبا همگان به آن اذعان دارند این است که توسعه اگر همه جانبه و فراگیر نباشد پایدار نخواهد بود و اهداف کامل توسعه به دست نخواهد آمد. در این رابطه یکی از زیرساخت‌های اساسی توسعه، آموزش و تحقیق خواهد بود که اهداف احداث صنایع پیشرفته بدون پشتوانه آموزش منابع انسانی و تحقیق لازم درتوسعه ظرفیت‌ها و کیفیت محصول محقق نخواهد شد.

در این رابطه تجربه گران‌بهایی که در شرکت فولادمبارکه به وجود آمده است راهگشای همگان خواهد بود. شرکت فولادمبارکه پس از کسب تجربه ۳۰ ساله در صنعت فولاد و هدف‌گذاری سال‌های اخیر در تولید فولاد کیفی با اتکا به تحقیقات و طرح‌ریزی محصولات جدید به دست آورد‌های بسیار خوبی نایل گردیده است که نشان از جایگاه و پشتیبانی تحقیق در تولید و صنعت است.

شرکت مهندسی فکور صنعت تهران علیرغم وظایف متعارف پیمانکاری ولی از جایگاه نگاه و وظیفه ملی خود با توجه به توسعه و گستردگی صنعت فولاد در استان کرمان و به‌طور خاص در منطقه سیرجان که قطب جدید صنعت فولاد را تشکیل داده است نیاز به احداث یک مرکز آموزش و تحقیقات برای صنعت فولاد در این قطب جدید را تشخیص داده و نسبت به احداث آن اقدام نموده است. این مرکز به گونه‌ای طراحی شده است که بتواند علاوه بر ارائه خدمات به صنعتگران منطقه، پذیرای صنعتگران و صاحب نظران داخل کشور و حتی خارج کشور در این صنعت جهت ارائه و تبادل دست آوردها و تجربیات گردد.