با توجه به تنوع موارد استفاده فولاد در دنیا و گسترده شدن دایره مصرف فولاد با پیشرفت تکنولوژی، تولید فولاد و نیز همگام با پیشرفت تکنولوژی تغییرات بسیاری داشته است؛ که در پی این تغییرات تولیدکنندگان سعی در بالا بردن بهره‌وری و استفاده از انرژی و سوخت‌های ارزان‌تر با توجه به محیط جغرافیایی خود کرده‌اند.

فولاد چیست؟

اصطلاح فولاد یا پولاد، این فلز پر مصرف صنعتی، برای آلیاژهای آهن که بین ۰٫۰۰۲ درصد تا ۲٫۱ درصد وزن خود کربن دارند، به کار می‌رود. فولادهای آلیاژی غالبا با فلزهای دیگری نیز همراهند. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد.

فولاد در گذشته

آهن قبل از رسیدن به آنچه در حال حاضر فولاد محسوب می‌شود، اشکال دیگری داشت. در چین، متالوژیست های عصر آهن، آهن را در کوره‌های بزرگ گرم و ذوب می‌کردند و آن را با سوخت چوب مخلوط می‌کردند. این فرآیند که به فرآیند چدنی معروف است، محصول بادوام تری نسبت به آهن خالص ارائه می‌دهد، اما شکننده است و شکل دهی و خم شدن آن دشوار می‌باشد.

در قرن 17 ام خواص آهن برای همه روشن بود، اما افزایش روز افزون شهرنشینی در اروپا، نیازمندی به فلزی ساختاری را بیشتر کرد. در قرن 19 ام، متالوژیست ها برای تامین آهن مورد نیاز گسترش راه آهن به حل مشکل شکنندگی آهن و فرآیندهای تولید ناکارآمد پرداختند. و این تلاش مستمر برای تولید فولاد تا امروز نیز ادامه دارد.

آغاز عصر مدرن تولید فولاد

در سال 1856 پیشرفتی در تاریخ فولاد رخ داد و هنری بسمر توانست از اکسیژن برای کاهش میزان کربن آهن استفاده کرده و فولاد ایجاد کند و این گونه است که صنعت فولاد مدرن شروع می‌شود. با این کشف، سایر تولیدکنندگان فولاد شروع به تکمیل این فرآیند کردند و در نهایت راهی برای استفاده از روش انفجار هوا برای کمک به حفظ کربن و در عین حال از بین بردن ناخالصی ها، کشف کردند. سرانجام، این فرآیند به روشی بسیار مقرون به صرفه برای تولید انبوه فولاد با کیفیت بالا تبدیل شد که امروزه نیز از آن استفاده می کنیم.

روش‌های تهیه فولاد در عصر حاضر

امروزه در ساخت فولاد معمولا دو روش عمده وجود دارد؛ روش اول کوره قوس الکتریک (EAF) است که امروزه متداول‌ترین روش تولید فولاد محسوب می‌شود. کوره های مدرن فولاد سازی EAF امروزی 150 تن فولاد در هر ذوب تولید می‌کنند که تقریباً 90 دقیقه به طول می‌انجامد.

در روش دوم از آهن تولید شده در فرآیند احیای غیر مستقیم و سوزاندن کربن مازاد استفاده می‌گردد. در این فرآیند کربن آهن خام از مقدار 5.2 تا 6 درصد به 2 تا 1.5 درصد وزن خود کاهش می‌یابد و با افزودن عناصر مورد نظر دیگر به ترکیب مطلوب می‌رسد.

کوره های قوس الکتریکی

در روش کوره قوس الکتریک (EAF)، قوس های الکتریکی با جریان زیاد مقدار زیادی ضایعات فولادی را ذوب می کنند. در حالی که قراضه ذوب می‌شود، تکنسین ها فرو آلیاژهای دیگری را اضافه می‌کنند تا زمانی که فلز مذاب به نسبت فولادی مورد نظر خود به آلیاژهای دیگر مانند کروم و نیکل که فولاد ضد زنگ (استاینلس استیل) را تشکیل می‌دهند، برسد. سپس برای تصفیه فولاد، کوره در اکسیژن منفجر می‌شود و آهک (اکسید کلسیم) و فلوریت (فلورید کلسیم) به آن اضافه می‌شوند. این مواد با ناخالصی‌های فولاد ترکیب شده و به ضایعات تبدیل می‌شوند. سپس این ضایعات در قسمت بالای فولاد مذاب شناور مانده و خارج و از فولاد خالص جدا می‌شوند.

تولید فولاد با روش کوره باز

فرآیند کوره باز، که به عنوان فرآیند اساسی اکسیژن (BOP) نیز شناخته می شود. در این روش، سنگ آهن با مقادیر کمی قراضه فولادی در یک کوره ترکیب می شود. سپس، اکسیژن خالص به کوره دمیده می شود و باعث افزایش دمای آن می شود. قراضه نه تنها در این دما ذوب می شود، بلکه ناخالصی های آهن نیز اکسید و کاملاً تبخیر می شوند. علاوه بر این، دمای بالا میزان کربن را به نسبت ایده آل آن کاهش داده و در نتیجه فولاد مایع تولید می شود.