شمش فولادی چیست؟ بررسی انواع شمش فولادی و کاربردهایشان

شمش فولادی یکی از اساسی ترین محصولات زنجیره تولید فولاد است؛ محصولی که شاید کمتر در معاملات روزمره بازار آهن آلات تهران به چشم بیاید، اما بدون آن هیچ میلگرد، تیرآهن، ورق یا پروفیلی وجود نداشت. شمش در واقع ماده اولیه ای است که کارخانه های نورد و فرآوری برای تولید محصولات نهایی فولادی به آن نیاز دارند.

در بازار آهن تهران، شمش فولادی نقش شاخص قیمتی هم دارد. نوسانات قیمت شمش در بورس کالا معمولاً پیش از آنکه روی قیمت میلگرد یا تیرآهن منعکس شود، توسط فعالان بازار رصد می شود. به همین دلیل، آشنایی با انواع شمش فولادی، روش های تولید آن و کاربردهای هر نوع، برای تجار، پیمانکاران و خریداران صنعتی اطلاعات پایه ای ضروری است.

در این مقاله از ایران فلز، به طور کامل بررسی می کنیم که شمش فولادی و شمش آهن چه هستند، چگونه تولید می شوند، انواع مختلف آن ها کدام اند و هر کدام در کجا به کار می روند.

شمش فولادی چیست؟

شمش فولادی یک محصول نیمه ساخته است که از ذوب مواد اولیه آهنی مانند آهن اسفنجی، قراضه یا آهن خام به دست می آید و پیش از آنکه به محصول نهایی تبدیل شود، در کارخانه ها ذخیره یا حمل و نقل می شود.

به زبان ساده تر، شمش فولادی همان فلز مذاب منجمد شده در قالب است. این محصول هنوز قابل استفاده مستقیم در صنعت و ساختمان نیست، بلکه ماده خامی است که باید وارد فرآیندهای نورد گرم، نورد سرد یا سایر عملیات شکل دهی شود تا به محصولات نهایی مثل میلگرد، تیرآهن، ورق یا لوله تبدیل گردد.

ویژگی اصلی شمش فولادی سطح مقطع نسبتاً یکنواخت و طول قابل توجه آن است. شمش ها معمولاً به صورت مستطیل یا مربع در می آیند و بسته به نوع و کاربرد نهایی، ابعاد و وزن متفاوتی دارند.

تفاوت شمش فولادی با محصول نهایی

یک سوال رایج در بازار این است که چه تفاوتی بین شمش و محصولات آماده وجود دارد. پاسخ ساده است: شمش در زنجیره تولید قرار دارد، نه در مرحله مصرف. خریدار شمش معمولاً کارخانه نورد است، نه مصرف کننده نهایی. به همین دلیل، قیمت شمش فولادی همیشه پایین تر از قیمت محصولات نهایی مثل میلگرد یا تیرآهن است، چرا که هزینه های فرآوری، نورد آهن و شکل دهی هنوز به آن اضافه نشده اند.

شمش آهن چیست؟

شمش آهن با شمش فولادی تفاوت اساسی دارد. شمش آهن خروجی اولیه کوره بلند است که درصد کربن بالایی دارد (معمولاً بین 3.5 تا 4.5 درصد) و به آن چدن خام یا آهن خام هم گفته می شود.

این درصد بالای کربن، شمش آهن را شکننده و ترد می کند. برخلاف فولاد که انعطاف پذیری قابل قبولی دارد، آهن خام به سختی می توان آن را به شکل های پیچیده درآورد. به همین دلیل، شمش آهن معمولاً ماده اولیه ای برای تولید شمش فولادی است، نه محصول نهایی.

تفاوت شمش آهن و شمش فولاد

شمش آهن در فرآیندهای بعدی وارد کوره های فولادسازی مانند کوره قوس الکتریکی یا کنورتور اکسیژنی می شود تا کربن اضافی آن کاهش یابد و به فولاد تبدیل شود.

نحوه تولید شمش آهن

تولید شمش فولادی از مسیرهای مختلفی می گذرد. در ایران، بسته به نوع کارخانه و مواد اولیه در دسترس، از چند روش متفاوت استفاده می شود:

روش کوره بلند

روش کوره بلند قدیمی ترین و در عین حال یکی از پرکاربردترین روش های تولید آهن در جهان است. در این روش، سنگ آهن (معمولاً به شکل گندله)، کک متالورژیکی و آهک وارد کوره بلند می شوند.

هوای داغ از پایین کوره دمیده می شود و واکنش های شیمیایی پیچیده ای در دمای بسیار بالا (حدود 1500 تا 1600 درجه سانتیگراد) رخ می دهد. نتیجه این فرآیند، آهن مذاب با درصد کربن بالاست که همان آهن خام یا چدن است. این مذاب سپس در قالب های ویژه ریخته می شود تا شمش آهن تولید شود.

کوره بلند برای تولید در مقیاس بسیار بزرگ مناسب است و عمدتاً در کارخانه های فولادی بزرگ مانند فولاد مبارکه، ذوب آهن اصفهان و فولاد خوزستان مورد استفاده قرار می گیرد. نقطه ضعف اصلی این روش مصرف بالای انرژی و نیاز به کک متالورژیکی است که ایران آن را عمدتاً وارد می کند.

روش کوره تونلی

کوره تونلی یک روش نسبتاً جدیدتر برای تولید آهن اسفنجی است که پیش از ذوب و تبدیل به شمش استفاده می شود. در این روش، مخلوط سنگ آهن و زغال سنگ حرارتی در داخل کوره های تونلی طولانی جابجا می شود و در دمای پایین تری نسبت به کوره بلند، آهن اسفنجی تولید می کند.

آهن اسفنجی حاصل از کوره تونلی سپس وارد کوره های ذوب می شود تا شمش فولادی تولید شود. این روش در ایران در مقیاس های کوچک تر اجرا می شود و به دلیل نیاز کمتر به سرمایه گذاری اولیه، برای برخی کارخانه های کوچک و متوسط مناسب است.

روش کوره قوس الکتریکی (EAF)

کوره قوس الکتریکی رایج ترین روش تولید شمش فولادی در ایران است. دلیل این محبوبیت هم روشن است: ایران از نظر قراضه فولادی و آهن اسفنجی غنی است و این کوره ها هر دو ماده را می پذیرند.

در کوره قوس الکتریکی، قراضه فولادی یا آهن اسفنجی (DRI) با استفاده از جریان الکتریکی قوی ذوب می شود. الکترودهای گرافیتی قوس الکتریکی ایجاد می کنند که دمای ذوب را تامین می کند. این فرآیند سریع تر از کوره بلند است و امکان کنترل دقیق ترکیب شیمیایی فولاد را فراهم می کند.

شمش فولادی تولید شده از کوره قوس الکتریکی کیفیت قابل قبولی دارد و اکثر میلگردهای ساختمانی و پروفیل های ایران از این مسیر تولید می شوند. کارخانه هایی مثل فولاد کاوه جنوب، فولاد سپاهان، نطنز، و ده ها کارخانه دیگر از این روش استفاده می کنند.

روش کوره ذوب القایی (IMF)

کوره ذوب القایی روشی است که بیشتر در کارخانه های کوچک تر و واحدهای تولیدی با مقیاس محدود کاربرد دارد. در این روش، جریان الکتریکی متناوب با فرکانس بالا از طریق سیم پیچ های مسی اطراف بوته، میدان الکترومغناطیسی ایجاد می کند که باعث گرم شدن و ذوب فلز داخل بوته می شود.

مزیت اصلی کوره القایی مصرف انرژی نسبتاً کمتر و کنترل دقیق دما است. اما ظرفیت تولید آن محدودتر از کوره قوس الکتریکی است و برای تولید انبوه شمش فولادی مناسب نیست. این کوره ها بیشتر برای تولید فولادهای آلیاژی ویژه، ریخته گری قطعات صنعتی و کارخانه های کوچک نورد استفاده می شوند.

روش احیا مستقیم

روش احیا مستقیم یکی از برگ برنده های صنعت فولاد ایران محسوب می شود. در این روش، اکسید آهن سنگ آهن بدون ذوب کامل، با استفاده از گاز طبیعی (هیدروژن و مونوکسید کربن) در دمای پایین تری احیا می شود و آهن اسفنجی (DRI یا HBI) تولید می شود.

ایران به دلیل دسترسی آسان به ذخایر گاز طبیعی، یکی از بزرگ ترین تولیدکنندگان آهن اسفنجی در جهان است. آهن اسفنجی حاصل به عنوان ماده اولیه وارد کوره قوس الکتریکی می شود تا شمش فولادی تولید شود. این زنجیره (سنگ آهن ← آهن اسفنجی ← شمش فولادی ← محصول نهایی) مسیر اصلی تولید فولاد در ایران است.

مزیت مهم این روش عدم نیاز به کک متالورژیکی و مصرف گاز طبیعی ارزان است که برای ایران اقتصادی تر از روش کوره بلند بوده است.

انواع شمش فولادی

شمش فولادی بر اساس ابعاد، شکل مقطع و کاربرد نهایی به چند دسته اصلی تقسیم می شود:

شمش بیلت فولادی چیست؟

بیلت یکی از رایج ترین انواع شمش فولادی در بازار ایران است. بیلت شمشی است با مقطع مربع که معمولاً ابعاد آن بین 100×100 تا 200×200 میلیمتر متغیر است. طول بیلت ها معمولاً بین 6 تا 12 متر است.

کاربرد اصلی بیلت فولادی: بیلت ماده اولیه اصلی برای تولید محصولات بلند است. این دسته از محصولات شامل موارد زیر می شود:

• میلگرد ساختمانی (بیشترین مصرف)
• ناودانی
• نبشی
• تسمه
• مفتول و سیم آرماتور

در بازار ایران، قیمت بیلت فولادی شاخص اصلی تعیین قیمت میلگرد است. معامله گران حرفه ای بازار آهن می دانند که با رصد قیمت بیلت در بورس کالا می توانند روند قیمت میلگرد را پیش بینی کنند. به طور معمول، قیمت میلگرد حدود 20 تا 25 درصد بالاتر از قیمت بیلت است که این اختلاف، هزینه های نورد و فرآوری را پوشش می دهد.

شمش بلوم فولادی چیست؟

بلوم شمشی بزرگ تر از بیلت است. مقطع بلوم هم معمولاً مربع یا مستطیل است، اما ابعاد آن از 200×200 میلیمتر شروع می شود و می تواند به 500×500 میلیمتر یا بیشتر برسد. وزن هر بلوم می تواند چند تن باشد.

تفاوت بیلت و بلوم:

کاربرد اصلی بلوم فولادی: بلوم برای تولید محصولاتی با مقطع بزرگ تر استفاده می شود:

• تیرآهن سری IPE و HEB
• ریل قطار
• محور و لوله های فولادی ضخیم دیواره
• قطعات فورج شده صنعتی
• برخی انواع ورق های ضخیم

در ایران، کارخانه هایی که تیرآهن های بزرگ سری (مانند IPE 240 و بالاتر یا تیرآهن HEB) تولید می کنند، بلوم را به عنوان ماده اولیه مصرف می کنند. قیمت تیرآهن ذوب آهن اصفهان به طور مستقیم به قیمت بیلت وابسته است چرا که یکی از معدود کارخانه هایی در ایران است که توانایی تولید بلوم های سنگین را دارد.

شمش اسلب فولادی چیست؟

اسلب کاملاً متفاوت از بیلت و بلوم است. اسلب یک شمش تخت و پهن است که عرض آن بسیار بزرگ تر از ضخامت آن است. به طور معمول، اسلب ها عرضی بین 600 تا 2000 میلیمتر و ضخامتی بین 150 تا 300 میلیمتر دارند.

کاربرد اصلی اسلب فولادی: اسلب به طور انحصاری برای تولید محصولات تخت استفاده می شود:

• ورق گرم (Hot Rolled Coil یا HRC)
• ورق سرد (Cold Rolled Coil یا CRC)
• ورق گالوانیزه
• ورق رنگی
• ورق پوشش دار
• لوله های بزرگ قطر

قیمت ورق سیاه فولاد مبارکه اصفهان به قیمت شمش اسلب بستگی دارد و چرا که بزرگ ترین تولیدکننده اسلب و محصولات تخت در ایران است. خط تولید ریخته گری مداوم این کارخانه، اسلب های عریضی تولید می کند که پس از نورد گرم به ورق تبدیل می شوند و به کارخانه های خودرو، لوازم خانگی، ساختمان سازی و صادرات می رسند.

شمش نسوز چیست؟

شمش نسوز یک مفهوم متفاوت از شمش فولادی است. این اصطلاح به شمش هایی اطلاق می شود که از مواد نسوز مانند اکسید آلومینیوم، اکسید منیزیم، سیلیکون کاربید یا ترکیبات دیرگداز دیگر ساخته شده اند.

شمش نسوز در صنعت فولاد اهمیت غیرمستقیم دارد: این مواد برای ساخت آجرهای نسوز، پوشش داخلی کوره ها، پاتیل های ریخته گری و تجهیزات مقاوم در برابر حرارت بالا استفاده می شوند. بدون مواد نسوز، امکان کار با دماهای بالای 1500 درجه سانتیگراد در کوره های فولادسازی وجود ندارد.

در واقع، شمش نسوز در برخی موارد به اشتباه با شمش فولادی اشتباه گرفته می شود، اما این دو محصول کاملاً متفاوت هستند و در بازار جداگانه ای معامله می شوند.

شمش قلع چیست؟

شمش قلع اصلاً فولادی نیست. قلع یک فلز غیرآهنی است با نماد شیمیایی Sn که نقطه ذوب پایینی (حدود 232 درجه سانتیگراد) دارد. شمش قلع خروجی فرآیند تصفیه و ذوب سنگ قلع است.

ارتباط شمش قلع با صنعت فولاد از این جهت است که قلع در پوشش دهی فرایند تولید ورق فولادی (قلع اندود یا Tin Plate) استفاده می شود. ورق فولادی قلع اندود همان ماده اصلی در تولید قوطی های کنسرو، نوشابه و تن ماهی است.

کاربردهای شمش قلع:

• تولید ورق قلع اندود برای بسته بندی مواد غذایی
• آلیاژهای لحیم کاری
• پوشش دهی قطعات الکترونیکی
• ساخت برنز (آلیاژ مس و قلع)
• آرایه های حافظه و اتصالات الکترونیکی

کاربرد شمش فولادی

کاربرد شمش فولادی بسته به نوع آن (بیلت، بلوم یا اسلب) متفاوت است، اما در مجموع می توان گفت که شمش فولادی تقریباً در تمام زنجیره های تولید صنعتی و ساختمانی حضور دارد:

کاربرد در صنعت ساختمان

بیلت فولادی پس از نورد به میلگرد ساختمانی تبدیل می شود که یکی از پرمصرف ترین محصولات فولادی در ایران است. ساختمان سازی بزرگ ترین مصرف کننده شمش بیلت از طریق میلگرد، تیرآهن و پروفیل است.

کاربرد در صنعت خودرو

اسلب فولادی پس از نورد به ورق های گرم و سرد تبدیل می شود که بدنه خودروها، قطعات داخلی و سقف ماشین از آن ساخته می شود. خودروسازانی مثل ایران خودرو و سایپا از ورق های حاصل از اسلب استفاده می کنند.

کاربرد در صنایع فلزی و ماشین سازی

بلوم فولادی پس از فرآوری به تیرآهن های سنگین، ریل و قطعات ماشین آلات تبدیل می شود. صنایع راه آهن، معدن، پتروشیمی و نیروگاهی از این محصولات نیاز دارند.

کاربرد در صنایع لوازم خانگی

ورق های گالوانیزه و رنگی که از اسلب تولید می شوند، در تولید یخچال، ماشین لباسشویی، کولر و سایر لوازم خانگی استفاده می شوند.

کاربرد در صنایع بسته بندی

ورق قلع اندود که ترکیبی از اسلب فولادی و پوشش قلع است، در تولید قوطی های مواد غذایی، نوشابه و کنسرو به کار می رود.

کاربرد در صنایع انرژی و نفت و گاز

لوله های فولادی که از اسلب تولید می شوند، در خطوط لوله انتقال نفت، گاز و محصولات پتروشیمی کاربرد گسترده دارند.

جمع بندی

شمش فولادی حلقه مهمی در زنجیره تولید فولاد است که بدون آن، هیچ یک از محصولات نهایی فولادی تولید نمی شد. بیلت برای محصولات بلند مثل میلگرد، بلوم برای تیرآهن های سنگین و ریل، و اسلب برای محصولات تخت مثل ورق و لوله استفاده می شود.

در ایران، مسیر احیا مستقیم با استفاده از گاز طبیعی و کوره قوس الکتریکی، روش غالب تولید شمش فولادی است و این مزیت رقابتی برای کشور محسوب می شود. آشنایی با انواع شمش و روش های تولید آن به تجار و خریداران کمک می کند تا درک بهتری از ساختار قیمت گذاری محصولات فولادی داشته باشند.

برای اطلاع از قیمت روز شمش بیلت، میلگرد و سایر محصولات فولادی، می توانید صفحات محصول ایران فلز را دنبال کنید یا با کارشناسان ما در تماس باشید.