شمش فولادی چیست؟ بررسی انواع شمش فولادی و نحوه تولید آن
احتمالا شما هم تا به‌حال تصاویری از شمش طلا و نقره را در اخبار روزانه تلوزیون و رسانه‌ها دیده باشید، این‌ها تنها نمونه‌هایی از انواع شمش هستند. تاریخچه پیداش شمش طلا در ایران مربوط به دوره هخامنشیان است. در آن زمان‌ها، از شمش طلا و نقره به عنوان واحد پول بین المللی استفاده می‌شده است. در دنیای صنعتی امروز یکی از اساسی‌ترین و مهم‌ترین انواع شمش، شمش فولادی است. به جرات می‌توان گفت، ارزش کاربردی شمش فولادی بالطبع از شمش طلا و نقره بیشتر است. به شما پیشنهاد می‌کنیم مطالعه این مقاله را از دست ندهید تا با انواع شمش فولادی مثل بلوم، شمش بیلت، شمش قلع، شمش نسوز، ریخته گری انواع شمش، کاربرد آنها و آخرین قیمت پروفیل در صنعت بیشتر آشنا شوید.
فهرست
شمش فولادی چیست؟
شمش فولادی قطعه‌ای فلزی و جامد به شکل مستطیل با سطح مقطع ذوزنقه‌ای است که از طریق فرآیند ریخته‌گری پیوسته تولید می‌شود. این شمش، اولین فرآورده تولیدی در کارخانه‌های ذوب آهن است. در انواع شمش های فولادی هیچ‌گونه ناخالصی وجود ندارد. یکی از ویژگی‌های مهم این محصول، قابلیت حمل‌و‌نقل آن است که استفاده از آن را به عنوان ماده اولیه برای ساخت انواع مقاطع فولادی راحت می‌کند. برای تولید شمش فولادی بعد از استخراج آهن و فولاد خام آنها را داخل کوره‌های مذاب ریخته و سپس مواد ذوب حاصل را به داخل قالب مورد نظر منتقل می‌کنند. در نهایت بعد از انجماد فلز مذاب داخل قالب، شمش های فولاد تولید می‌شوند.طول شمش معمولا برابر با 2 متر است. تفاوت‌های بین شمش های فولاد باعث کاربردهای متفاوت آنها در بخش‌ها و صنایع مختلف شده است. در قسمت بعد به پرسش ((چگونه آهن را به فولاد تبدیل کنیم؟)) پاسخ داده‌ایم. می توانید مقاله آشنایی با ریخته گری شمش را در این باره مطالعه کنید.
شمش آهن چیست؟
به طور کلی شمش قطعاتی خالص و پرداخت نشده از یک ماده به شکل خالص هستند. شمش ها معمولا به عنوان ماده اولیه در کارخانه های تولیدی مورد استفاده قرار می گیرند. شمش آهن نیز از قراضه های محصولات آهنی یا مواد اولیه مثل سنگ آهن تهیه می شود. شمش آهن که از سنگ های معدنی ساخته شد باشد کیفیت بالاتری دارد. از شمش آهن برای تولید شمش فولاد نیز استفاده می گردد.
چگونگی تبدیل آهن به فولاد
برای تبدیل شمش آهن به فولاد، ابتدا آهن را ذوب کرده و ناخالصی‌های آن را جدا می‌کنند. بعد از آن با استفاده از مقادیر مشخصی از کربن و فلزهای آلیاژ دهنده همانند نیکل، کروم و تیتانیوم آهن به فولاد تبدیل می‌شود.
بیشتر بخوانید: کاربرد پلیسه گیری
نحوه تولید شمش فولادی
تولید شمش فولادی دومین مرحله از زنجیره فولاد است. مرحله‌ی اول، خط تولید صنایع معدنی است که محصول نهایی آن سنگ آهن و آهن اسفنجی است. این محصولات در فرآیند تولید شمش فولادی به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شوند. تولیدکنندگان برای تولید شمش از روش‌های کوره بلند، کوره تونلی، کوره قوس الکتریکی، کوره ذوب القایی و احیا مستقیم استفاده می‌کنند.
روش کوره بلند
در این روش برای تولید شمش فولادی ابتدا سنگ آهن به همراه کک و آهک داخل کوره ریخته شده و ضمن تبدیل آهن به فولاد مذاب، ناخالصی‌های آن مانند کربن جداسازی می‌شود. در مرحله‌ی ریخته‌گری باید فلز مذاب داخل قالب‌های مخصوص ریخته شود. بعد از اینکه مواد مذاب داخل قالب‌های شمش با ابعاد استاندارد ریخته شدند، روی غلتک قرار گرفته و با پاشیدن آب باعث افزایش سرعت انجماد فولاد می‌شوند. در مرحله‌ی نهایی شمش‌ها را از قالب‌ها خارج می‌کنند.
بیشتر بخوانید: انواع روش های برشکاری فلزات
روش کوره تونلی
این روش جزء شیوه‌های مدرن است. در زمان تولید شمش فولادی با استفاده از این روش برای تامین حرارت کوره از سوزاندن مستقیم، انرژی الکتریکی یا القای مغناطیسی استفاده می‌شود. کوره تونلی مزایای مختلفی دارد و بیشتر توسط کارخانه‌های بزرگ استفاده می‌شود.
روش کوره قوس الکتریکی (EAF)
در این روش برای تولید شمش فولادی از ضایعات فولادی استفاده می‌کنند. برای این منظور ضایعات با استفاده از جرثقیل درون کوره که به شکل یک حمام کم عمق است، قرار می‌گیرند. بعد از قرار گرفتن ضایعات و آهک درون کوره، الکترودها پایین آمده و جریان الکتریکی برقرار می‌شود. نتیجه‌ی برقراری جریان الکتریکی، ذوب شدن فلزات است.
روش کوره ذوب القایی (IMF)
در این روش تولید شمش فولادی از یک میدان مغناطیسی برای ذوب کردن ضایعات استفاده می‌شود. برای این منظور سیم‌پیچ القایی موجود در اطراف کوره، با برقراری جریان الکتریسیته با فرکانس بالا، میدان مغناطیسی ایجاد کرده و به این ترتیب باعث تولید حرارت و گرما می‌شود. نتیجه‌ی برقراری این حرارت و گرما ذوب فلزات است.
روش احیا مستقیم
در این روش، تولید شمش فولادی با استفاده از سوخت گازهای طبیعی انجام می‌شود. برای این کار، آهن قراضه و مواد اولیه را با سبد مخصوص به داخل کوره الکتریکی انتقال داده و سپس مواد سرباره مثل کک و آهن را به آن اضافه می‌کنند. فلز مذاب حاصل جهت تولید شمش به واحد ریخته‌گری انتقال یافته و داخل قالب‌های شمش ریخته می‌شود. بعد از خنک‌سازی و انجماد شمش‌ها، آنها را از قالب خارج کرده و در نهایت بعد از بازرسی، کنترل ابعاد و خصوصیات مکانیکی به بازار فروش و صادرات شمش فولاد ارسال می‌کنند.
بیشتر بخوانید: آشنایی با ریخته گری شمش
انواع شمش فولادی را بشناسید
شمش فولادی خود به نام اینگت (ingot) شناخته می شود. شمش فولادی را می‌توان با توجه به شکل سطح مقطع و ابعاد طول و عرض آن، به سه نوع بیلت، بلوم، اسلب دسته‌بندی کرد، در ادامه به طور کامل به شرح و معرفی انواع شمش فولادی می‌پردازیم. می توانید مقاله ماشین‌کاری CNC را مطالعه کنید.
شمش بیلت فولادی
شمش بیلت یا شمشال یکی از شناخته شده‌ترین انواع شمش فولادی است که در کارخانه فولاد سازی با نورد سرد تولید می‌شود. سطح مقطع شمش بیلت به صورت دایره یا مربع است و عرض آن، کمتر از 15 سانتی‌متر است. بیلت در مقایسه با شمش با توجه به طول بلندی که دارد، بیشتر در تولید میلگرد و مفتول کاربرد دارد. بیشینه عرض بیلت فولادی 15 سانتی متر و سطح مقطع آن نیز 230 سانتی متر است. شمش بیلت بر طبق میزان انعطاف‌پذیری که دارد به دو نوع 5sp و 3sp تقسیم می‌شود.
تفاوت انواع بیلت فولادی 5sp و 3sp در چیست؟
در پاسخ باید گفت که گرید 3sp خمش، انعطاف و کشش بهتری دارد. به همین دلیل معمولا در صنایعی مورد استفاده قرار می گیرد که وجود این فاکتورها از اهمیت بالایی برخوردار است. همین ویژگی ها باعث شده است انواع بیلت 3sp قیمت بالاتری نسبت به 5sp دارد. البته ویژگی خاص 5sp استفاده از آن در شرایطی است که نیاز به تحمل نیرو و فشار بیشتر می باشد.
شمش بلوم فولادی
اما شمش بلوم چیست؟ یکی از انواع شمش فولاد شمش بلوم یا شمشه است. بلوم را باید نوعی بیلت دانست که عرضی بیش از 15 سانتی متر و سطح مقطعی بزرگتر از 230 سانتی متر دارد. شمش بلوم نیز مانند شمش بیلت با نورد میانی ساخته می‌شود. از شمش بلوم بیشتر در کارخانه‌های ذوب آهن، جهت تولید تیرآهن سنگین، اسپری، ریل، قوطی و ناودانی استفاده می‌شود. از خاصیت‌های شمش بلوم این است که در صنایع فولادسازی، در برخی موارد با برش کناره‌های اسلب، شمش بلوم تولید می‌کنند.
شمش اسلب فولادی
شمش اسلب که تختال یا سلب نیز نامیده می‌شود، نوع دیگری از شمش فولادی است. اسلب در بیشتر موارد مشابه بیلت است، اما دارای طول و سطح مقطع بزرگتری نسبت به بیلت است. اسلب سطح مقطع مستطیلی شکل دارد و در ساخت ورق‌های فولادی از آن استفاده می‌شود. این شمش فولادی مستطیلی ضخامتی 230 میلی متری، عرض 1.25 و طول حداکثر 12 متری است. اسلب از طریق دو روش ریخته گری مداوم و نورد گرم انواع شمش فولادی ساخته می شود. این شمش با طول 4 الی 12 متر به بازار عرضه می‌شود.
بیشتر بخوانید: کاربرد کروم وانادیوم
ریخته‌گری شمش فولادی چگونه است؟
بعد از به دست آوردن مذاب مورد نیاز به روش‌های شرح داده شده در قسمت قبل، نوبت به ریخته‌گری شمش به روش‌های دستی و پیوسته می‌رسد. تفاوت‌های بین روش‌های ریخته‌گری شمش به شرح زیر است:
شمش‌ریزی دستی (تک باری)
در این روش، مذاب توسط پاتیل به قالب‌ها منتقل شده و تا زمان کامل‌شدن انجماد در مذاب باقی می‌ماند. باید بدانید که برای ریخته‌گری هر شمش به یک قالب جداگانه نیاز دارید.
ریخته گری پیوسته
مرحله‌ی فرآوری انواع شمش فولاد به این صورت است که با استفاده از عملیات ریخته‌گری شمش، که ccm نامیده می‌شود. اقدام به ذوب کردن شمش فولادی می‌کنند سپس فولاد مذاب وارد محفظه‌ای به‌نام تاندیش می‌شود. فولاد مذاب بعد از عبور از تاندیش، داخل قالب‌های مسی گذاشته می‌شود. از زیر این قالب مسی، آب سرد توسط آب‌پاش مخصوص پودری با فشار 0.2 تا 0.3 مگاپاسگال، بر روی مواد مذاب سیال می‌ریزد. میزان آب‌پاشی تا زمانی طول می‌کشد که هسته شمش تشکیل شود. به همین دلیل در هنگام خارج کردن شمش، از بخش خنک‌کننده، مواد مذاب به صورت جامد هستند. در مرحله‌ی بعد مواد جامد تشکیل شده را از غلتک‌های مخصوصی عبور داده تا سطح بالایی و پایینی شمش، هموار، صاف و صیقلی شود. در مرحله پایانی شمش به اندازه مورد نیاز جهت تهیه شمش بیلت، بلوم یا اسلب برش داده می‌شود و در نهایت وارد بازار می‌شود.
روش اکستروژن
یک روش دیگر، برای تبدیل انواع شمش فولادی به انواع فرآورده‌ها، روش اکستروژن است. در این روش، با استفاده از سه فرایند داغ، گرم و سرد اقدام به تولید محصول می‌کنند. این نوع فرآیند بیشتر برای تولید شمش بلوم به کار می‌رود. نحوه تولید به این صورت است که شمش فولادی در یک چاله زمینی پرس می‌شود و از بالا تحت فشار قرار می‌گیرد. امروزه با پیشرفت تجهیزات صنعتی استفاده از اکستروژن کمتر مرسوم است.
شمش نسوز چیست؟
انواع شمش نسوز در واقع نوعی از شمش‌های فلزی هستند که نقطه ذوب بسیار بالایی دارد. از این نوع شمش‌ها، ورق‌های نسوز تهیه می‌شود. در مورد نحوه‌ی تولید آنها نیز، در اینجا به همین بسنده می‌کنیم که فرآیند تولید بسیار پیچیده‌ای دارند. اگر بخواهیم یک نمونه از فلزات نسوز را نام ببریم، فلز تنگستن با نقطه ذوب 3410 درجه سانتیگراد است. این فلزات در برابر انواع عامل‌های اکسایش، خوردگی و تغییر شکل از خود مقاومت نشان می‌دهند. این شمش‌ها به خاطر نسوز بودن درصنایع مختلفی مانند خودروسازی، صنعت ساخت وساز و … بسیار پرکاربرد هستند. بیشتر بخوانید: آنیل فلز چیست؟
شمش قلع چیست؟
نوع دیگری از شمش‌های پرکاربرد در صنعت، شمش قلع است که با انواع شمش های فولادی متفاوت است. قلع، فلزی به رنگ سفید متمایل به نقره‌ای و دارای نقطه ذوب 232 درجه سانتیگراد است. از فلز قلع می‌توان در ترکیبات آلیاژی مختلفی استفاده کرد. آلیاژ قلع با مس، ترکیبات گوناگونی می‌دهد، به عنوان مثال آلیاژ پیوتر ترکیبی از قلع، مس، آنتیموان، بیسموت و سرب است. از ویژگی‌های فلز قلع می‌توان به مقاومت آن در برابر خوردگی و اکسیداسیون آب اشاره کرد. از شمش قلع معمولا در آبکاری، سیم قلعکاری، لحیم کاری و فرمولاسیون شیمیایی، کابل‌های ابزار دقیق و ساخت آلیاژها استفاده می‌شود. قیمت هر تکه شمش قلع به درصد خالص بودن آن بستگی دارد.
کاربرد شمش فولادی
شمش های فولاد به دلیل خصوصیات خاص، کاربردهای متفاوتی دارند. از شمش های مختلف فولادی برای ساخت ریل قطار، تیرآهن، قوطی، نبشی و ناودانی استفاده می‌شود؛ در حالی که از دسته ای دیگر از آنها برای تولید انواع میلگرد، لوله، سیم، تسمه و مفتول گزینه مناسبی است. در تولید ورق‌های فولادی، لوله، کلاف، کویل‌ها و تیوب نوعی دیگر از شمش فولادی به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود. پس در زمان خرید شمش فولادی باید به این موارد توجه کرده و با توجه به نیاز خود محصول مناسب را خریداری کنید.
استاندارد شمش فولادی
در تولید تمام محصولات فولادی یک سری استانداردهای مشخص وجود دارد که کارخانه‌های سازنده بر اساس آنها عمل می‌کنند. برای تولید شمش هم از دو استاندارد DIN آلمان یعنی گریدهای St37 و St57 و استاندارد روسی یعنی گریدهای 3sp و 5sp استفاده می‌شود. این گریدهای مختلف از نظر خصوصیات مکانیکی با هم متفاوت هستند.
بیشتر بخوانید: آنیل فلز چیست؟
محاسبه وزن شمش فولاد
وزن شمش آهن یکی از عوامل مؤثر بر قیمت شمش فولاد است؛ به همین خاطر فعالان این حوزه به دنبال راهی برای محاسبه وزن شمش فولاد هستند. از آنجایی که شمش تولیدی کارخانه‌های مختلف دارای ترکیب شیمیایی متفاوت است، وزن محصولات آنها با هم برابر نیست. به همین دلیل استفاده از فرمول محاسبه وزن شمش فولاد کار افراد را در زمان خرید شمش فولادی راحت می‌کند. برای این منظور کافی است که طول، عرض و ارتفاع شمش را بر حسب متر اندازه گرفته و عدد به دست آمده را در عدد چگالی آهن که برابر با 7.85 است، ضرب کنید. عدد حاصل وزن شمش فولاد بر حسب تُن است که با ضرب آن در 1000 به کیلوگرم تبدیل می‌شود.
سهم ایران از تولیدات شمش آهن چگونه است؟
شمش‌های فولادی در ابتدای زنجیره فرآیندهای فولادی قرار دارد. بنابراین برای تولیدکنندگان مقاطع فولادی انتخاب آنها بسیار حائز اهمیت است. استفاده از شمش‌های باکیفیت، تولید محصولات مرغوب را به دنبال دارد. خوشبختانه کارخانه‌های داخلی کشور از توان و دانش خوبی برای تولید انواع شمش برخوردار هستند و به خوبی نیازهای سازندگان مقاطع فولادی را مرتفع می‌سازند. حتی برخی از کارخانه‌ها در زمینه صادرات شمش فولاد به خارج از کشور فعالیت دارند. از برترین تولیدکنندگان شمش فولادی در ایران می‌توان به فولاد مبارکه اصفهان، فولاد خوزستان، فولاد کاویان همدان، فولاد اکسین خوزستان، فولاد خراسان، ذوب آهن پاسارگاد، صبا فولاد خلیج فارس، نورد فولاد یزد (احرامیان) و فولاد شاهین بناب اشاره کرد.
کشور ما از لحاظ تولید فولاد در رتبه‌ی اول خاورمیانه و رتبه‌ی دهم جهان قرار دارد. البته آمارها نشان می‌دهند که تا سال ۱۴۰۴ رتبه‌ی ایران به هفتم جهان ارتقا می‌یابد. تا ماه دی سال ۱۴۰۰ در مجموع ۲۳ میلیون و ۲۰۹ هزار تن فولاد میانی در کشور تولید شد که از این عدد حدود ۱۳.۷۴۶ میلیون تن مربوط به بلیت و بلوم و ۹.۴۶۳ میلیون تن آن مربوط به اسلب است.
صادرات شمش فولاد
بخش بزرگی از اقتصاد کشور به صنعت فولاد وابسته است. خوشبختانه تولید محصولات فولادی در کشور رو به رشد بوده و صادرات این محصولات می‌تواند باعث ارزآوری شود. با توجه به کیفیت مطلوب تولیدات داخلی و همچنین قیمت ارزان شمش فولاد ایران در مقایسه با برخی از کشورها، صادرات شمش فولاد از تقاضای خوبی برخوردار است. در ضمن این روزها از فروش شمش مانند دیگر محصولات آهنی به صورت مستقیم و اینترنتی بسیار استقبال می‌شود؛ چرا که با حذف واسطه‌ها، محصولات با نرخ ارزان‌تری به دست مصرف کنندگان می‌رسند.
جمع بندی انواع شمش های فولادی
به طور کلی در این مقاله به مبحث شناخت برخی از انواع شمش پرداخته شد. شمش فولادی یکی از پرکاربردترین انواع آنها است و سهم به‌سزایی در صنعت و تجارت دارد.
در این مقاله همچنین فرآیند تولید شمش فولادی از طریق دو روش کوره بلند و قوس الکتریکی مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه نیز به انواع شمش فولادی شامل شمش بیلت، شمش بلوم و شمش اسلب ونیز فرآیند تولید آنها اشاره‌ای مختصر شد. شمش مورد بررسی دیگر، شمش قلع بود که به خاطر دارا بودن خاصیت ضد اکسید شدن در اکثر ترکیبات آلیاژی مورد استفاده قرار می‌گیرد. شمش مهم و پرمصرف دیگر که معرفی شد، شمش نسوز بود. که به خاطر داشتن نقطه ذوب بالا در صنایع مهم و بزرگی مانند خورو سازی و ساختمان سازی مصارف زیادی دارد.
