SteelSE - Steel Search Engine - موتور جستجوي آهن و فولاد

مروري بر هزينه‌هاي جاري توليد فولاد (مواد خام و انرژي)

تاريخ: 19/07/1388 - ايران

با توجه به اينكه صنعت فولاد يكي از صنايع بنيادي هر كشور است و در واقع يكي از معيار‌هاي صنعتي شدن هر كشور وابسته به پيشرفت و توسعه اين صنعت است؛ توجه خاص به آن و بهبود و توسعه آن از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. بنابراين در اين صنعت نيز همانند بسياري از صنايع ديگر پژوهش‌ها و سرمايه‌گذاري‌هاي زيادي براي بهبود كيفيت، توليد فولادهاي خاص،كاهش مصرف انرژي و كاهش آلودگي محيط‌زيست انجام گرفته است. با توجه به اينكه صنعت فولاد جزو صنايع انرژي بر بوده و حامل‌هاي انرژي سهم قابل توجهي از قيمت تمام شده فولاد را به‌خود اختصاص مي‌دهند، ارائه راهكارهايي جهت مديريت مصرف انرژي كاملا ضروري است و كاهش مصرف انرژي در توليد فولاد، محور اصلي برنامه‌هاي كارخانه‌هاي فولاد و مولفه اصلي اهداف شركت‌هاي فولادسازي جهان است. در رقابت مواد از قبيل پلاستيك‌ها، آلومينيوم، پودرهاي فلزي، كامپوزيت و چوب، فولاد هنوز به دليل قيمت پائين و قابليت توليد بالا، غالب است. صنايع پايه از قبيل حمل ونقل، ساختمان، ساخت ماشين‌آلات، معدن و ديگر صنايع مرتبط با توليد و انتقال انرژي به فولاد وابسته‌اند. بر اين اساس، تقاضاي جهاني فولاد بالاست و در آينده هم، اگر افزايش نيابد ثابت مي‌ماند.

انواع فرآيند‌ها

فرآيند توليد فولاد شامل فرآيند‌هاي اصلي آهن سازي، فولادسازي و ريخته‌گري و نورد و فرآيند‌هاي آماده‌سازي مواد اوليه و احيا، شامل اگلومراسيون، گندله‌سازي و كك‌سازي است.

فرآيندهاي توليد

روش‌هاي اصلي توليد فولاد در دنيا به‌طور كلي به دو دسته زير تقسيم مي‌شود:

مجتمع‌هاي فولادسازي با تغذيه سنگ‌آهن

در اين روش ماده اوليه سنگ معدن آهن (اكسيد آهن) است كه اكسيد آهن در فرآيند آهن‌سازي و بااستفاده از يك ماده احياكننده، احيا شده و به آهن تبديل مي‌شود. پس از آن در فرآيند فولاد‌سازي با افزودن كربن و ساير افزودني‌هاي ضروري، آهن به فولاد تبديل مي‌‌شود.

ميني‌ميل‌ها با تغذيه قراضه

در اين روش ماده اوليه، قراضه‌هاي آهن و فولاد است كه پس از ذوب در كوره‌هاي قوس الكتريكي، حذف ناخالصي‌ها، افزودن كربن و ساير مواد ضروري به فولاد تبديل مي‌شود. روش مجتمع‌هاي فولادسازي به دو تكنولوژي ذيل تقسيم مي‌‌شود:

ـ تكنولوژي كوره بلند ـ كنورتور

ـ تكنولوژي احياي مستقيم

تكنولوژي كوره بلند ـ كنورتور

در اين روش، از كوره بلند (Blast Furnace) در توليد آهن با استفاده از ماده احيا كننده كك كه از زغال‌سنگ حاصل مي‌شود و از كوره‌هاي اكسيژني (BOF) جهت توليد فولاد از آهن استفاده مي‌شود. دركنار فرآيند‌هاي اصلي (آهن‌سازي و فولادسازي)، فرآيندهاي جانبي شامل كك‌سازي جهت تهيه ماده اوليه عمليات احيا و آگلومراسيون جهت آماده‌سازي سنگ معدن آهن نيز وجود دارند كه در واقع خوراك مورد نياز فرآيندهاي اصلي را فراهم مي‌كنند. اين تكنولوژي مهمترين شيوه توليد فولاد خام در جهان به‌شمار مي‌آيد و حدود 60 درصد فولاد خام دنيا به اين روش توليد مي‌شود. در اين روش براي تبديل چدن مذاب به فولاد از كوره‌هاي BOF استفاده مي‌شود كه اين كوره‌ها پس از بهبود تكنولوژي فولادسازي، جايگزين كوره‌هاي روباز (OHF) شده است. در كشورمان كارخانه ذوب‌آهن اصفهان از اين تكنولوژي استفاده مي‌كند.

احياي مستقيم ـ كوره‌هاي قوس الكتريكي

تكنولوژي ديگري توليد فولاد به روش احياي مستقيم است. در اين روش گاز طبيعي (CH4) عامل احياي سنگ معدن آهن است و در كشورهايي با منابع غني گاز طبيعي مانند ايران مورد توجه است. سهم فولاد خام توليدي از اين روش در دنيا در حدود 7 درصد است. تكنولوژي احياي مستقيم به چند تكنولوژي عمده تقسيم مي‌شود كه مهمترين آنها عبارت از ميدركس، HYLIII، HYL IV و بستر سيال هستند كه رايج‌ترين آنها، تكنولوژي ميدركس است.

تاكنون تعداد 26 واحد ميدركس در دنيا نصب و راه‌اندازي شده است كه 2 واحد آن در مجتمع‌هاي فولاد مباركه و فولاد خوزستان در كشور قرار دارند.

فرآيند فولادسازي در كوره‌هاي اكسيژني (BOF)

در اين فرآيند چدن مذاب و قراضه‌هاي آهن را به سرعت و با استفاده از اكسيژن با خلوص بالا به فولاد با مقدار كربن مورد نظر تبديل مي‌كنند.

فرآيند كوره اكسيژني از فلز آهن با 4 درصد كربن، فولاد با مقدار كربن يك درصد توليد مي‌كند. عناصر ديگر در فلز مذاب از قبيل سيليس، فسفر، گوگرد و منگنز به فاز سرباره منتقل مي‌شوند. توليد 250 تن فولاد در كوره‌هاي اكسيژني تقريبا 30 الي 60 دقيقه به طول مي‌انجامد. مواد اوليه براي توليد فولاد در فرآيند فولادسازي اكسيژني شامل موارد زير است:

ـ چدن خام ( مذاب) به‌دست آمده از كوره بلند

ـ قراضه‌هاي فولادي

ـ آهن توليد شده از منابع ديگر (روش احياي مستقيم، سنگ معدن و اكسيدها)

ـ فلاكس‌ها ( مانند آهك)

ـ انرژي ( شيميايي، الكتريكي)

ورودي به كوره BOF شامل چدن مذاب كه 20 الي 35 درصد قراضه‌هاي فولاد هم در آن به كار رفته، است. آهن اسفنجي و سنگ معدن آهن مي‌توانند جايگزين آهن قراضه شوند. به‌تازگي از اكسيدهاي ضايعاتي آهن هم در كوره‌هاي اكسيژني استفاده مي‌شود.

پس از آن كه آهن مذاب و قراضه‌هاي فولادي به داخل كوره فرستاده شد، اكسيژن به داخل كوره تزريق مي‌شود و پس از آن، فلاكس‌ها جهت كنترل گوگرد و فسفر و كنترل‌كننده خوردگي خطوط مقاوم كوره اضافه مي‌شود. تركيبات اصلي و فعال در فلاكس، اكسيد كلسيم (حاصل از سوختن آهك) و اكسيد منيزيم (حاصل از دولوميت) هستند. ميزان آهك مورد نياز براي هر تن فولاد خالص از 18 تا 45 كيلوگرم متغير است. در حالي‌كه ميزان دولوميت مورد نياز بين 13 تا 36 كيلوگرم به ازاي هر تن فولاد است. انرژي مورد نياز براي آماده‌سازي فلاكس، قراضه‌هاي فولادي و چدن مذاب به دماي فولادسازي با اكسيداسيون عناصر متفاوت در مواد ورودي خصوصا آهن، سيليكون، كربن و منگنز تامين مي‌شود. هيچ منبع گرمايي خارجي ديگري مورد نياز نيست. افزايش دما از واكنش‌هاي اكسيداسيون كه در تقابل با قراضه‌هاي فولادي يا سردكننده‌هاي ديگر هستند، حاصل مي‌شود. در طول فرآيند، كربن موجود در آهن اكسيد شده و به صورت 90 درصد مونوكسيد كربن و 10 درصد دي اكسيد كربن آزاد مي‌شود. اين اكسيدهاي گازي به همراه مقدار كمي اكسيد آهن و گرد و غبار آهكي خارج مي‌شوند.

مصرف انرژي

شيوه اندازه‌گيري و محاسبه ميزان آهن و فولاد توليدي در يك فصل با توجه به دشواري‌هاي اندازه‌گيري مستقيم، ميزان آهن و فولاد توليدي در فرآيند توليد آهن و فولاد، براساس مقادير اعلام شده توسط توليدكننده در نظر گرفته مي‌شود. مقدار توليد كه توسط سازنده اعلام مي‌شود، بايد با مقادير قيد شده در دفاتر و اسناد موجود در واحد توليدي مطابقت كند.

شيوه محاسبه مصرف انرژي ويژه حرارتي (SECth)

مصرف انرژي ويژه حرارتي توليد واحدهاي مختلف كارخانه آهن و فولاد به ترتيب از حاصل تقسيم مصرف انرژي حرارتي آن واحد در يك دوره زماني مشخص بر ميزان محصول توليدي همان واحد در همان دوره زماني تعيين مي‌شود.

مصرف انرژي حرارتي واحد توليدي در يك فصل

ميزان محصول توليدي در همان واحد در يك فصل = مصرف انرژي ويژه حرارتي واحد توليدي (SECth)
بر حسب گيگاژول بر تن محصول توليدي و يا مترمكعب SECth مقدار مصرف انرژي حرارتي ويژه (گازطبيعي) بر تن محصول توليدي بيان مي‌شود.

مصرف انرژي ويژه حرارتي براساس رعايت تفكيك كارگاه‌هاي تعريف شده در اين استاندارد شامل واحدهاي آگلومراسيون، گندله‌سازي، كوره بلند، كنورتور ـ ريخته‌گري، كوره قوس ـ ر يخته‌گري و نورد به‌طور مجزا انجام مي‌شود.

نحوه محاسبه مصرف انرژي ويژه الكتريكي SECe

مصرف انرژي ويژه الكتريكي توليد آهن و فولاد در واحدهاي مختلف به ترتيب از حاصل تقسيم مصرف انرژي الكتريكي واحد مورد نظر در يك دوره زماني مشخص بر ميزان محصول توليدي همان واحد در همان دوره زماني تعيين مي‌شود.

مصرف انرژي الكتريكي هر واحد در يك فصل

(SECe) ميزان محصول توليدي همان واحد در يك فصل برابر است با مصرف انرژي ويژه الكتريكي كه برحسب كيلووات ساعت بر تن محصول توليدي بيان مي‌شود.

روند قيمت مواد اوليه طي دو سال اخير

روند قيمت مواد اوليه براي توليد فولاد در جدول آمده است. اطلاعات قيمت زغال‌سنگ حرارتي، سنگ‌آهن و گاز طبيعي توسط صندوق بين‌المللي پول (IMF) به‌دست آمده است. ارقام ثبت شده در زمينه قراضه فولادي نيز بنابر گزارش موسسه Recycling International است. قيمت‌هاي زغال كك‌شو و الكتريسيته نيز از سازمان اطلاعات انرژي (EIA) وزارت انرژي ايالات متحده به‌دست آمده است و مابقي ارقام ذكر شده در اين جدول از سايت steelonthenet استخراج شده است.

نوع زغال‌سنگ حرارتي استراليايي بوده و داراي قدرت حرارتي 1200 btu/pound است. داراي كمتر از يك درصد گوگرد و 14 درصد خاكستر است. اين قيمت برحسب قيمت fob بندر نيوكاسل بوده و واحد آن دلار آمريكا به ازاي هر تن است. قيمت‌هاي زغال كك‌شو نيز براساس قيمت فصلي فروش واحد‌هاي كك‌سازي ايالات متحده به همراه هزينه بيمه و حمل (c.i.f) ذكر شده است. توجه كنيد كه مجموعه قيمت‌ها بر حسب هزينه به ازاي تن كوتاه است. سنگ‌آهن موجود در اين جدول داراي غلظت آهن 55/67 درصدي بوده و به صورت نرمه است و قيمت قراردادي آن فوب اروپا است كه بر حسب واحد سنت به‌ازاي متريك تن خشك (dmtu) است. گاز طبيعي ذكر شده روسي بوده كه آخرين قيمت كشور آلمان و بر حسب دلار به ازاي هزار مترمكعب گاز است . قراضه آهني ذكر شده نيز از جنس قراضه فولادي سنگين HMS1 ( يك چهارم اينچ) است و بر حسب كمترين و بيشترين قيمت در هر ماه بيان شده است كه بر مبناي fob رتردام و بر حسب واحد دلار بر تن است. قيمت‌هاي الكتريسيته مصرفي به صورت ميانگين ماهانه قيمت‌هاي ايالات متحده براي مصارف صنعتي و بر حسب واحد سنت بر كيلو وات ساعت است.

سوالي كه هميشه مطرح است اين است كه هزينه‌هاي قيمت سنگ‌آهن چگونه تعيين مي‌شود؟ آيا به ازاي هر واحد سنگ‌آهن است يا به ازاي هر تن سنگ‌آهن است؟ بنابراين در اينجا ما براساس جدول زير به صورت ساده‌اي آن را تشريح مي‌كنيم كه براساس آن فولادسازان اروپايي از برزيل سنگ‌آهن مي‌خرند. عيار سنگ‌آهن برزيل در نيمه اول سال 2009 معادل 55/67 درصد و با قيمت 101 سنت به ازاي هر تن خشك بود كه معادل 01/1 دلار در هر تن خشك است. بنابراين قيمت فوب نيمه اول سال 2009 براي اروپا 2/68 دلار در هر تن (كه معادل 01/1 براي سنگ آهني با عيار 55/67 درصد بود). منظور از واحد dmtu آهن با عيار يك درصد يا قيمت معادل 10 كيلوگرم سنگ‌آهن در هر واحد است.

به‌منظور تخمين تاثيرات تغيير در هر هزينه ورودي اصلي از قبيل قراضه، كاني، ديگر مواد خام فولادي، انرژي يا نيروي انساني، به‌طور كل، هزينه‌هاي توليد ثابت يا متغير توليد هر محصول فولادي (اعم از نيمه نهايي و محصولات نهايي مانند تخت، طويل يا انواع لوله‌هاي فولادي) و ساخته شده از طريق روش فرآيند توليدي اصلي (مجتمع‌هاي فولادسازي و فولادسازي با روش قوس الكتريك) مي‌توانيد به اقتصاد مدل هزينه فولادي سايت steelonthenet مراجه كنيد.

كمال‌الدين غفوري
منبع: steelonthenet

منبع: معدن و توسعه