صنعت فولاد زیر ذره بین

صنعت فولاد به واسطه تاثیری که در توسعه کشورها دارد یکی از صنایع استراتژیک هر کشور تلقی شده و تولید و مصرف فولاد یکی از شاخصه‌های کلیدی توسعه یافتگی کشورها به شمار می‌رود. همچنین به واسطه ارز آوری این صنعت اهمیت بالایی در کشور ما دارد و اثرات مهمی در اقتصاد کشور می‌گذارد.

فولاد پس از نفت خام دومین ماده پر مصرف در کشورهای مختلف جهان بوده و کاربردهای بی شمار آن در صنایع مختلف غیرقابل انکار است. صنایعی نظیر ساختمان و انبوه سازی، خودروسازی، تولید قطعات، لوازم خانگی و … از فولاد به عنوان مواد اولیه خود استفاده می کنند. در سال های اخیر رشد مصرف فولاد در کشورهای مختلف به شدت در رشد اقتصادی آن ها موثر بوده است. تا جایی که گفته می شود هر %۱ رشد مصرف فولاد در یک کشور، معادل رشد اقتصادی ۰.۸۵% آن کشور باشد.

فولاد چیست؟

به آلیاژهای آهنی که بین دو هزارم درصد تا حدود دو درصد کربن داشته باشند، فولاد گفته می‌شود که می‌تواند شامل عناصر آلیاژی دیگری نظیر منگنز و … نیز باشد. هرقدر میزان کربن موجود در فولاد کمتر باشد جنس آهن نرم‌تر و قابلیت چکش‌خواری آن بیشتر می‌شود. فولاد می‌تواند هزار برابر قوی‌تر از آهن باشد. با این حال، ارزش واقعی فولاد در بازیافت بی‌نهایت آن بدون افت کیفیت اصلی می‌باشد و صرف‌نظر از خلوص یا کاربرد، فولاد را همیشه می‌توان بازیافت کرد.

فولاد دربخش‌های مختلفی نظیر ساخت و ساز، خودروسازی، هوافضا و صنعت استفاده می‌شود و از آن برای ساخت پل‌ها، ساختمان‌ها، اتومبیل‌ها، کشتی‌ها، ابزارها، لوازم خانگی و بسیاری موارد دیگر استفاده می‌شود. به طور کلی اگر به دور و اطراف خود بنگرید حتما نشانه‌هایی از این عنصر را خواهید دید.

اصطلاحات زنجیره فولاد

سنگ آهن (Iron ore): نوعی سنگ معدنی حاوی رگه‌های آهن است که با فرایند ذوب و احیا، آهن آن جدا می‌شود و در اصطلاح با نماد شیمیایی Fe خوانده می‌شود. مهمترین ماده اولیه برای تولید فولاد، سنگ آهن است. سنگ آهن پس از تبدیل به کنسانتره و سپس گندله به فولاد تبدیل می شود.

گندله: به طور کلی گندله یعنی گلوله‌های تولید شده از نرمه سنگ آهن و سایر مواد افزودنی که در گام نخست خام و سپس پخته شده و سخت می‌شود و برای احیا به روش سنتی تولید آهن یا روش‌های متعدد احیای مستقیم به کار می رود. در فرایند تبدیل کنسانتره به گندله برخی مواد به آن افزوده می‌شود، مانند هیدروکسید کلسیم که برای افزایش کیفیت و ویژگی متالوژیکی مکانیکی گندله به آن اضافه می‌شود.

آهن اسفنجی: آهن اسفنجی محصول احیای مستقیم سنگ آهن است و خوراک با عیار بالا برای ساخت اهن و فولاد می‌باشد که از احیای کانی‌های آهن طبیعی یا فراوری شده بدون رسیدن به دمای ذوب ، به دست می‌آید. آهن اسفنجی پس از ذوب و احیا در فولادسازی، در فرایند ریخته‌گری به شکل محصولات مورد نیاز در می‌آید و به سه شکل اسلب(تختال)، بیلت(شمش) و میلگرد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

شمش: زنجیره فولاد وابستگی مستقیمی به شمش فولادی دارد. از فرآورده‌های میانی شمش فولادی در تولید میلگرد، تیرآهن، ورق فلزی و موارد دیگر استفاده می‌شود. فرآورده‌های میانی تولید فولاد که از شمش فولاد تولید می‌شود عبارت است از:

۱. بیلت یا شمشه (Billet): بیلت برخلاف شمش طویل است و سطح مقطع ان دایره یا مربعی با عرضی کمتر از cm 15 است. بیلت از طریق ریخته گری مستقیم، اکستروژن(بیرون رانی) و یا از طریق نورد شمش به دست می آید. از بیلت بیشتر برای تولید میلگرد و سیم استفاده می‌شود.

۲. بلوم یا شمشال(Bloom):  اگر عرض بیلت بیش از cm 15 یا سطح مقطع ان بیش از cm 230 باشد آن را بلوم می‌نامند و به همین دلیل معمولا این دو کالا را در یک دسته (بلوم و بیلت) جای می‌دهند. از بلوم برای ساخت ریل، تیر آهن و قوطی استفاده می‌شود.

۳. اسلب یا تختال(Slab): سطح مقطع اسلب بر خلاف بلوم و بیلت مربعی نیست بلکه مستطیل است. از اسلب برای ساخت ورق‌های فولادی و صفحه استفاده می‌شود.

 ورق فولادی: ورق نوع مسطح فلز اهن است که کاملا صاف و صیقلی می باشد. ورق ها به صوت کلی به دو شکل رول فرم وشیت فرم ( برش شده) تولید و به به بازار عرضه میگردند. در تولید ورق از دو نوع تکنولویی مختلف استفاده می شود که نام های نورد سرد و نورد گرم به انها اطلاق می شود. در نورد گرم محصول خروجی ورق سیاه نامیده شده و در نورد سرد محصول خروجی ورق روغنی خواهد بود. ورق روغنی(ورق سرد) از ورق سیاه(ورق گرم) تولید می شود.

روش های تولید فولاد در جهان
 

تولید فولاد درکشورها عمدتا به دو روش کوره بلند و احیای مستقیم صورت می‌گیرد.
در روش کوره بلند، گندله به همراه آهک و کک (ذغال سنگ) وارد کوره بلند شده و پس از ذوب شدن در دمای بسیار بالا، آهن خام به دست می‌آید. سپس آهن خام در یک مبدل قرار گرفته و کربن اضافی و ناخالصی‌های آن گرفته می‌شود تا فولاد خام تولید گردد.

روش احیای مستقیم از دو بخش تولید آهن اسفنجی و سپس ذوب آن در کوره‌های الکتریکی و با استفاده از جریان بسیار قوی برق تشکیل می‌شود. در این روش ذرات اکسیدی آهن  (سنگ آهن) در تماس با گازهای احیاکننده مثل هیدروژن و مونوکسیدکربن در دمای ۷۵۰ تا ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد احیا شده و به آهن اسفنجی تبدیل می‌شوند. سپس آهن اسفنجی به دست آمده در کوره‌های الکتریکی قرار گرفته و با استفاده از جریان بالای برق فرآیند ذوب و فولادسازی صورت می‌گیرد. از مزایای استفاده از این روش نسبت به کوره بلند عدم نیاز به ذغال سنگ(کک) به عنوان منبع حرارت و استفاده از جریان برق و کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی را می‌توان نام برد.
 
نهایتا پس از طی مراحل فوق و با استفاده از یکی از روش‌های کوره بلند یا احیای مستقیم، سنگ‌آهن استخراج شده از معادن تبدیل به شمش فولاد خام شده و برای تولید محصوالت بعدی آماده می‌شود

سایر مواد اولیه مصرفی در زنجیره

الکترود گرافیتی

الکترود گرافیتی اصلی‌ترین عنصر حرارتی در کوره های قوس الکتریکی محسوب می‌شود که در فرایند تولید فولاد از طریق ذوب ضایعات آهن، جهت ایجاد قابلیت حفظ سطح و تصفیه فولاد استفاده می گردد؛ در حال حاضر الکترود گرافیتی تنها محصول با هدایت الکتریکی بالا به شمار می رود که قادر به ایجاد گرمای بسیار در محیط کوره ذوب است. به طور کلی برای تولید هر تن آهن اسفنجی بین ۲ تا ۲.۵ کیلوگرم الکترود به مصرف می‌رسد.

نسوزهای مصرفی

 نسوزها، موادی هستند که در برابر حرارت، سایش، تأثیرات مکانیکی، شوک‌های حرارتی و حملات شیمیایی مقاوم بوده وتغییرات ناشی از عوامل خارجی را بر بدنه کوره‌ها تحمل نموده و ضمن افزایش کارکرد آنها، راندمان تولید را نیز بالا می‌برند.( این محصول در داخل کشور تولید می شود)

ضریب مصرف نسوزها بین ۱۰ تا ۲۰ کیلوگرم در هر تن تولید فولاد است که این رقم ممکن است در شرکت های مختلف تفاوت داشته باشد.

فروآلیاژها

فروآلیاژها عبارتند از آلیاژی از آهن همراه با یک یا چند عنصر مخصوص (مانند سیلیسیم، کروم، منگنز، وانادیم و …) که حداقل یکی از این عناصراز نظرکمیت بیشتر از مقدار آهن در آلیاژ شکل گرفته باشند. علت استفاده از فروآلیاژها افزودن عناصری نظیر سیلیسیم، منگنز، کروم، تنگستن، مولیبدن، تیتانیم، نیکل و وانادیم به فولاد مذاب با هدف تنظیم آنالیز شیمیایی و بهبود خواص مکانیکی فولاد می‌باشد.

میزان تولید فولاد در جهان

اگر میانگین میزان تولید فولاد سالیانه در اقتصاد جهانی در بازه های ده ساله در نظر گرفته شود، در تمامی این دوران، تولید فولاد علیرغم مواجه شدن با نوسانات، بخصوص در سال‌هایی که بحران مالی جهانی رخ داده است روندی رو به رشد و صعودی داشته است. میزان رشد ده ساله فولاد در دهه ۶۰ و ۵۰ میلادی از بقیه دهه‌ها بیشتر بوده است و آمار حکایت از آن دارد که در دو دهه اخیر نیز رشد فولاد قابل توجه و بیشتر از ۴۵ درصد بوده است. با وجود این رشد فولاد در دوره ۲۰۱۰- ۲۰۱۹ در حدود ۵.۵ درصد بیشتر از دوره ۲۰۰۰-۲۰۰۹ بوده است. در جدول زیر  وضعیـت تولید فولاد به  تفکیک دهه بیان شده است.
 
آمار نشان می‌دهد طی ۱۴ سال گذشته نزدیک به ۷۰ درصد تولید جهانی فولاد با استفاده از سنگ آهن و کک (زغال سنگ کک شو) در کوره بلند و به روش کنورتور اکسیژنی و تقریباً ۳۰ درصد آن به روش احیاء مستقیم و در کوره قوس الکتریکی با استفاده از قراضه و آهن اسفنجی انجام شده است. طی این دوره سهم روش کنورتور اکسیژنی افزایش یافته و در مقابل از سهم روش کوره قوس الکتریکی کاسته شده است. البته در سال ۲۰۱۷ ،۲۰۱۸ و ۲۰۱۹ سهم کنورتور اکسیژنی کمی کاهش یافته است.

عمـده فـولاد تولیـدی در ایـران بـه روش احیـا مسـتقیم (۹۰درصـد) و مابقـی بـه روش کـــوره بلنـــد و بـــه وســـیله شـــرکت ذوب آهـــن اصفهـــان تولیـــد می‌گـــردد. هم اکنـــون ظرفیـــت فـــولاد ایـــران بـــا راه انــدازی ســایر پروژه هــای فــولادی تـــا ســال ۱۴۰۱ بــه ۴۵ میلیــون تــن شــامل ۴۰ میلیــون تــن فــولاد بـــه روش احیــای مســتقیم و ۵ میلیــون تــن فــولاد بــه روش کــوره بلنــد می‌رســد.

بزرگترین تولیدکنندگان فولاد در جهان

در جدول زیر کشورهای با بیشترین تولید محصولات فولادی و همچنین بزرگترین کمپانی‌های تولیدکننده فولاد را در سال ۲۰۲۱ مشاهده می‌کنیم.
 
در این جدول ایران با تولید ۲۹ میلیون تن محصولات فولادی در رتبه دهم این رده بندی قرار دارد و همچنین مجموعه ایمیدرو ، گروه فولاد مبارکه و فولاد خوزستان درمجموع در رتبه ۱۸ ام بزرگترین کمپانی‌های تولیدکننده محصولات فولادی قرار گرفته‌اند.

سهم از بازار تولیدکنندگان فولاد در ایران

در نمودار زیر سهم از بازار تولیدکنندگان محصولات فولادی را براساس مقدار تولید سال ۱۴۰۰ مشاهده می‌کنیم.

 
همانگونه که در تصویر فوق مشخص است حدود ۴۴ درصد از تولید محصولات فولادی در کشور در اختیار فولاد مبارکه و ۱۷ درصد نیز در اختیار فولاد خوزستان است و به طور کلی سه شرکت فولاد، فخوز و ذوب بیش از ۷۰ درصد از تولید محصولات فولادی کشور را در سال گذشته رقم زده‌اند. البته در این مقایسه کل محصولات تولیدی مورد بررسی قرارگرفت و درصورتی که به تفکیک هر محصول در زنجیره بنگریم آمار به کلی متفاوت خواهد بود.

آمار ظرفیت و میزان تولید فولاد در کشور

در جدول فوق میزان ظرفیت و تولید محصولات فولادی برحسب گزارش سازمان ایمیدرو مشخص گردیده است.

مکان شرکت های تولید کننده فولاد

در تصویر زیر موقعیت مکانی تولیدکنندگان فولاد بورسی به نمایش گذاشته شده است
 
موقعیت مکانی شرکت‌ها نقش به سزایی در مقاصد صادراتی این شرکت ها دارد و همانگونه که قبل‌تر نیز اشاره گردید عمده تولید فولاد کشور در بخش مرکز متمرکز می‌باشد که درصورت صادرات هزینه بالایی را برای آنها متحمل خواهد کرد.

معرفی شرکت های فولادی

در جدول زیر به طور کلی شرکت‌های فولادی بورسی از منظر زنجیره تولید و معادل مورد بررسی قرارگرفته اند.

علامت “+” به معنی دارا بودن خط تولید و علامت “–” به معنی عدم دارا بودن است.

ضرایب تبدیل زنجیره فولاد

زنجیره تولید فولاد در ابتدا با استخراج سنگ‌آهن از معادن آغاز شده و طی فرآیند خردایش به کنسانتره تبدیل می‌گردد. این کنسانتره در فرآینده آگلومره‌سازی به گندله تبدیل شده و در شرکت‌های دارای قوس الکتریکی گندله به آهن‌ اسفنجی و درنهایت به فولاد و محصولات انتهایی تبدیل می‌گردد. برای تولید هرکدام از محصولات به طور متوسط مواداولیه یکسانی به مصرف می‌رسد و بدین ترتیب ضرایب مصرف هر محصول در فرایند تولید مشخص می‌باشد. این ضرایب در جدول زیر مشخص گردیده است.
 
همانطور که گفته شد ضرایب تبدیل هر محصول در فرایند تولید نشان داده شده است و به عنوان مثال برای تولید هر یک تن کنسانتره به ۱.۵۴ تن سنگ‌آهن و برای تولید یک تن مقاطع فولادی به حدود ۳.۰۶ تن سنگ‌آهن نیاز خواهد بود. البته لازم به ذکر است که این ضرایب به طور متوسط ارائه شده و به طبع شرکت به شرکت این ضرایب متفاوت خواهد بود و ممکن است برای شرکتی این ضرایب کمتر یا بیشتر باشد.

شیوه قیمت گذاری محصولات زنجیره فولاد

پارامترهای متعددی نظیر قیمت فولاد، نفت خام، آلومینیوم، شاخص تولید ناخالص داخلی، نرخ بهره، نرخ تورم، ارزش دلار ، میزان تولید آهن و فولاد و عرضه و تقاضا بر قیمت جهانی سنگ آهن موثر هستند و به طبع تغییرات قیمتی سنگ‌ آهن نیز بر قیمت محصولات زنجیره اثرگذار خواهد بود.

در ایران محصولات زنجیره تولید فولاد بر اساس ضریبی از شمش فولاد خوزستان در بورس کالا قیمت‌گذاری می‌شوند و خود شمش فولاد خوزستان نیز براساس قیمت‌های جهانی منطقه CIS تعیین می‌‍‌‌شود. پس برای محاسبه نرخ پایه شمش فولاد خوزستان از ارز نیما و میانگین قیمت‌های منطقه CIS استفاده می‌شود و سایر محصولات زنجیره نیز براساس ضریبی از این قیمت محاسبه می‌گردد. البته لازم به ذکر است که قیمت پایه محصولات نهایی نظیر ورق سرد و محصولات پوشش‌دار برحسب ورق گرم فولاد مبارکه تعیین شده و ورق گرم فولاد مبارکه نیز به قیمت‌های جهانی همبستگی دارد.

منطقه CIS چیست؟

اتحادیه کشورهای مستقل یا همسود (CIS) در سال ۱۹۹۱ پس از انحلال اتحاد جماهیر شوروی  از ۱۱ جمهوری که درگذشته بخشی از اتحاد جماهیر شوروی بودند تشکیل شده است(ارمنستان، آذربایجان، بلاروس، قزاقستان، قرقیزستان، مولداوی، روسیه، تاجیکستان، ترکمنستان و ازبکستان). 

CIS یک منطقه مهم اقتصادی و سیاسی در اوراسیا است. جمعیتی بالغ بر ۲۷۰ میلیون نفر و مجموع تولید ناخالص داخلی آن بیش از ۴ تریلیون دلار است. این منطقه میزبان برخی از بزرگترین ذخایر انرژی جهان است و به یک مسیر ترانزیت مهم برای خطوط لوله نفت و گاز از آسیای مرکزی به اروپا تبدیل شده است. همچنین دارای منابع کشاورزی قابل توجهی است و تولید کننده عمده گندم، جو، روغن آفتابگردان و سایر کالاها می باشد.

همچنین منطقه CIS تولیدکننده و صادرکننده عمده محصولات فولادی است و این منطقه مرکز برخی از بزرگترین تولیدکنندگان فولاد جهان از جمله روسیه، اوکراین، قزاقستان و بلاروس است. منطقه CIS طیف وسیعی از محصولات فولادی، از جمله محصولات نورد گرم، ورق‌های فولادی، کلاف، میله و … نیز می‌باشد. منطقه CIS همچنین تامین کننده عمده مواد خام برای تولید فولاد مانند سنگ آهن و زغال سنگ است.

سخن پایانی

در این مقاله با مفاهیم مهم زنجیره فولاد و روش‌های تولید آن آشنا شدیم و فهمیدیم به علت وجود منابع گازی در کشور عمدتا تولیدکنندگان داخلی از روش قوس الکتریکی برای تولید فولاد استفاده می‌کنند. در کوره قوس برای انجام فرایند ذوب از انرژی گاز سوخت استفاده می‌شود و با توجه به عدم مدیریت بهینه منابع گازی در کشور و قطعی‌های مکرر گاز در فصول سرد، تولیدکنندگان فولادی با مشکل تولید مواجه خواهند بود که از چالش‌های اصلی این صنعت به شمار می‌رود. همچنین تکمیل زنجیره تولید شرکت‌هایی نظیر کگل و کچاد به منظور افزایش حاشیه سود برخی تولیدکنندگان را که در میانه زنجیره فعالیت می‌کردند را با مشکل جدی مواجه ساخته است که نیاز به سرمایه‌گذاری و راه اندازی خطوط تولید جدید را امری ضروری در کشور قلمداد کرده است.