شمش فولادی یکی از کاربردی‌ترین انواع شمش در دنیا می باشد. مطالعه در تاریخ نشان گر آن است که ساخت شمش برای اولین‌بار در زمان هخامنشیان انجام شده است؛ ولی ساخت شمش فقط مربوط به هخامنشیان نبوده است و اکتشافات باستانی نشان می‌دهد استفاده شمش طلا و نقره به عنوان پول در دنیا رواج داشته است.
زنجیره صنعت فولاد دارای وابستگی مستقیم به شمش فولادی می باشد. از شمش فولادی در تولید میلگرد، تیرآهن، ورق فلزی و موارد دیگر استفاده می‌شود، ولی خود شمش مستقیم به چنین تولیداتی تبدیل نمی گردد؛ بلکه فرآورده‌های میانی تولید فولاد است که به میلگرد، تیرآهن و…. تبدیل می شود.
فرآورده‌های میانی تولید فولاد که از شمش فولاد تولید می‌شود عبارت اند از:
- اول، بیلت یا شمشه (billet)
- دوم، بلوم یا شمشال (bloom)
- سوم، اسلب یا تختال (slab)
تفاوت، شمش، بیلت، بلوم و تختال چیست؟
همان طور که گفتیم زنجیره صنایع فولادی از سنگ‌آهن شروع می‌شود و بسیاری از آلیاژهای موجود در بازار فلزات بستگی به این ماده معدنی دارد، لذا دارای سختی و قیمت فولاد رابطه مستقیم با سنگ‌آهن می باشد. بیان این متن به آن خاطر است که بدانیم تمام محصولات شمش، بیلت، بلوم و تختال به سنگ‌آهن بستگی دارد. امروزه قیمت شمش آهن در بازار با قیمت سنگ آهن تغییر می یابد.
شمش اولین محصول تولید شده از سنگ‌آهن می باشد. شمش محصول آجری شکلی بوده که از ریخته‌گری پیوسته تولید می گردد. طول شمش برابر از ۲ متر بوده و به شکل فلز خالص تولید می شود.
بیلت چیست؟ بیلت یکی از پرطرف‌دارترین تولیدات فرآورده نورد میانی فولاد می باشد و با سطح مقطع دایره و مربع تولید می گردد. طول بلندتر بیلت نسبت به شمش باعث شده است تا از بیلت در تولید میلگرد و مفتول (محصولاتی که طول بیشتری نیاز دارد) استفاده گردد. سطح بیلت عرضی کمتر از ۱۵ سانتی‌متر دارد. بیلت در گروه 3sp و 5sp تولید می گردد که تفاوت‌های آن‌ها به شرح زیر است:
- اول، بیلت 3sp انعطاف‌پذیری (کشش و خمش) بالاتری نسبت به بیلت 5sp دارد.
- دوم، بیلت 5sp نسبت به بیلت 3sp استحکام بیشتری دارد.
بلوم چیست؟ بلوم به نوعی بیلت با طول بلندتر می باشد که سطح مقطع بزرگ‌تری نیز دارد. از بلوم برای تولید تیرآهن استفاده می گردد. به منظور تولید بلوم گاهی از برش کناره اسلب استفاده می نمایند.
اسلب چیست؟ اسلب محصول فولادی دیگری است که از شمش فولادی تولید می‌شود. اسلب سطح مقطع مستطیلی و طول ۴ تا ۱۲ متر دارد و از آن در ساخت ورق‌های فولادی استفاده می گردد.
کاربردهای انواع شمش فولادی
همان‌طور که دانستید شمش فولادی انواع متفاوتی دارد بسته به نوع شمش کاربردهای آن‌ها نیز متفاوت است. دیاگرام زیر کاربردهای مختلف بیلت، بلوم و اسلب را نشان می‌دهد.
انواع روش تولید شمش فولادی:
شمش‌های فولادی در دو کوره القایی و قوس الکتریکی تولید می‌شود:
تولید شمش فولادی با استفاده از کوره بلند:
روش کوره بلند (Blast Furnace) راهی معمول است در تولید شمش فولادی. در این روش سنگ‌آهن همراه با قراضه آهن وارد کوره بلند می گردد. برای ذوب این مواد از اکسیژن استفاده می شود که به فرآیند ذوب مواد «اکسیژن بازی» می گویند، در این فرآیند اکسیژن به وسیله ی دو لوله نیزه‌ای شکل وارد کوره می شود، ورود اکسیژن به کوره دو برابر سرعت صوت انجام می شود و سپس گرمادهی آغاز می‌شود. یکی از تولیدات محصولات کوره بلند اسلب است که اشاره گردید که قیمت اسلب با قیمت سنگ آهن رابطه مستقیم دارد.
افزودن اکسیژن باعث عمل اکسیداسیون شده که از بین رفتن ناخالصی‌ها را در پی خواهد داشت. برای جذب ناخالصی‌ها در زمان فرآیند، آهک به کوره افزوده می‌شود. آهک و ناخالصی‌ها واکنش داده و تولید سرباره می نماید.
فولاد تولید شده در روش کوره باز اکسیژنی، از حفره کنورتور خارج می‌شود.
مزایای کوره بلند:
- اول، ناخالصی‌ها به‌خوبی جدا می‌شود.
- دوم، امکان تولید با حجم بالا وجود دارد.
معایب کوره بلند:
- اول، درصد ضایعات در این روش بسیار بالا است.
- دوم، فولاد تولید شده از انعطاف خوبی برخوردار نیست.
- سوم، گازهای تولیدی در این روش آلاینده‌های قوی محسوب می‌شوند.
تولید شمش فولادی با استفاده از کوره قوس الکتریکی (EAF)
در این روش فولاد از ضایعات فولادی به دست می‌آید، ضایعات فولادی با جرثقیل داخل کوره می گذارند. ضایعات معمولا از سه گروه زیر انتخاب می‌شود:
- اول، قراضه‌های خانگی
- دوم، قراضه‌های صنعتی
- سوم، قراضه‌های کهنه
کوره قوس الکتریکی به شکل یک حمام بزرگ کم عمق بوده که الکترودهای کربنی بالای آن قرار گرفته‌اند؛ هنگامی که قراضه و آهک وارد کوره شد، الکترود به پایین آورده می گردد. هم‌زمان با پایین آمدن الکترودها جریان الکتریکی برقرار می گردد و این جریان الکتریکی موجب ذوب فلزات می شود. توجه داشته باشید که دمای الکترود حدود ۴۱۰۰ درجه سانتی‌گراد بوده و همین دمای بالا باعث ذوب فلزات خواهد شد.
مزایای کوره قوس الکتریکی:
- اول، فرآیند انعطاف پذیری می باشد که می‌توان انواع شمش فولادی را تولید نمود.
- دوم، دمای فولاد مذاب تحت کنترل می باشد.
- سوم، کیفیت و ضایعات فولاد در کوره قوس الکتریکی از کوره بلند بهتر است.
معایب کوره قوس الکتریکی:
- اول، کیفیت فولاد به مواد قراضه ربط دارد.
- دوم، هزینه انرژی به خاطر استفاده از برق و مدت‌زمان بیشتر ذوب فولاد بسیار بالا می باشد.
- سوم، ناخالصی بیشتر وارد فولاد شده و کیفیت فولاد کاهش می یابد.
تولید شمش فولادی با استفاده از کوره ذوب القایی (IMF)
میدان مغناطیسی در این راه باعث ذوب قراضه‌ها می‌شود، یک سیم پیچ القایی که به دور کوره پیچیده شده است در زمان وجود جریان الکتریسیته با فرکانس بالا میدان مغناطیسی به وجود آورده و گرما تولید می کند. دمای بالا به داخل کوره منتقل شده و ذوب فلزات را سبب می‌شود.
مزایای کوره القایی:
- اول، عملکرد این کوره بسیار آسان است.
- دوم، عملیات ذوب بدون ایجاد آلودگی صوتی صورت می گیرد؛ بلعکس کوره قوس الکتریکی که صدای زیادی دارد.
- سوم، راندمان حرارتی در این کوره بسیار بالا می باشد.
معایب کوره القایی:
- اول، به خاطر این که برای عملکرد کوره نیاز به فرکانس بالای جریان الکتریکی می باشد، لذا قیمت کوره بسیار بالا خواهد بود.
- دوم، از آن جا که سطح فوقانی مذاب تلاطم و دمای آن سرد دارد، امکان تولید سرباره نخواهد بود.