نهاده های اصلی تولید در صنعت فولاد عبارتند از سنگ آهن (یاDRI)، آهن قراضه و انرژی. مهندسی فرایند تولید فولاد، اختصاص حداقل مقدار از هر نهاده و احیانا جایگزینی و کاهش و افزایش نهاده ای با نهاده دیگر با هدف کمینه کردن قیمت تمام شده محصول است.

اثرات مصرف سنگ آهن و آهن قراضه به عنوان کالاهای جانشین از منظر انرژی مصرفی در فرایند تولید فولادمورد بررسی قرار گرفت. از این رو عیلرغم مورد بررسی قرار دادن عوامل مختلف و موثر در کل فرایند تولید فولاد، در محاسبات پایانی، اثرات عوامل و نهاده های دیگر را بر اساس متد رایج، ثابت در نظر می‌گیریم.

صنعت فولاد در سخت ترن دوران سه دهه گذشته خود قرار دارد. در بزنگاه تاریخی پر ابهامی که شرائط کشور درگیر آن است شاید احتمالات مختلفی را برای آینده بتوان تصور کرد. اما برای صنعت فولاد گزیری نیست مگر مواجهه فعال با چالش سترگی که فشار عوامل محیط بیرونی و محیط درونی بر او تحمیل کرده است.

عوامل محیط بیرونی نظیر: اثرات تحریم ها، عرضه مازاد و افت جهانی قیمت ها، مباحث تعرفه ای و سیاست گذاری های بی ثبات دولتمردان، کمبود نقدینگی واعمال سیاست های انقباضی بانک ها، کمبود نهاده های تولید در بازار داخل و موانع واردات و ... . هرگونه تغییری دراین عوامل در چارچوب نظامات جاری فعلی در اختیار بنگاه های تولیدی نیست. اما عوامل محیط درونی که عموما هزینه های مازاد برای بنگاه تولیدی ایجاد می نماید: شامل به روز نبودن تکنولوژی تولید، ضعف در بنیه کارشناسی و روش های تولید، مصرف بالای انرژی بر تن تولید، کمبود سرمایه در گردش، کمبود اطلاعات نسبت به بازار در زنجیره تامین و فروش محصول.

با هدف پایداری در مقابل تمامی شرایط نا مطلوب حاضر برخی از اقدامات جهت کاهش هزینه های کل و خصوصاً انرژی مصرفی فرایند تولید که در اختیار بنگاه تولیدی است باید در دستور کار واحدها قرار گیرد. عامل هزینه ساز مهم دیگری که خارج از محیط بنگاه بر او تحمیل کرده اند استفاده از آهن اسفنجی در پروسه تولید است. حدود 70 در صد تولید فولاد خام ایران با کوره قوس الکتریکی و 20 درصد کنورتور و 10 درصد با کوره های القایی صورت می گیرد. در این مقاله به بررسی روش های کاهش مصرف انرژی در کوره های قوس الکتریکی و القایی که تولید با ترکیبی از قراضه و آهن اسفنجی صورت می پذیرد و تکنولوژی غالب در فولاد سازی ایران نیز هست، پرداخته می شود.

سهم مصرف 90 در صدی مصرف DRI نیز از عواملی بیرونی است که از نقطه نظر مطلوبیت ارزش بر بنگاه های تولیدی تحمیل شده است.

 
چنانچه قیمت قراضه افزایش یابد (افزایش هزینه اضافی ناشی از خرید) در صورت ثابت بودن قیمت نهاده های دیگر و در صورتی که نوع کوره و تکنولوژی تولیدی بکار رفته اجازه دهد، میزان مصرف قراضه واحد تولیدی کاهش یافته و از کالای جانشین استفاده می شود تا بدین طریق بنگاه مصرف کننده سود خود را با حداقل کردن هزینه کلیه نهاده ها به حداکثر برساند. اما به عکس در صورت افزایش قیمت سنگ آهن و DRI، منحنی تقاضای قراضه به سمت بالا منتقل می شود. این به این معنی است که تقاضای قراضه افزایش یافته و باعث افزایش قیمت قراضه خواهد شد.ترجیهات مصرف کنندگان چیست و در چه فاصله قیمتی بین این دو نهاده، مصرف کننده یکی را جانشین دیگری می کند؟

حالتی را فرض کنید که عرضه قراضه و DRI در بازار به مقدار تقاضای کل موجود باشد.در این حالت ما با رفتار بنگاه های انفرادی و پراکنده در سراسر بازار مواجهیم. نهاده های تولید فراوان است و مکانیزم بازار به گونه رقابتی است. در چنین حالتی بنگاه ها از کشش تقاضا نسبت به متغیرهایی که تحت کنترل خودشان می باشد جهت تعیین بهترین سیاست برای حداکثر کردن سود و یا حداکثر کردن ارزش بنگاه خودشان بهره می برند.

با توجه به قیمت انرژی و قیمت سایر نهاده های تولید و رعایت مسائل اقتصادی تولید، تولید کننده حداکثر استفاده را از واکنش‌های موجود در فرآیند که می‌تواند در کاهش انرژی مصرفی موثر باشند را انجام می دهد. در این راستا یک فرآیند سرباره‌ سازی خوب در کوره می‌تواند بهترین راندمان انرژی را برای کوره داشته باشد. استفاده از شارژ آهن اسفنجی یا بریکت در کوره قوس می‌تواند تاثیرات مشخصی را در فرآیند ذوب نشان دهد. از DRI به‌ عنوان جایگزین قراضه و با توجه به ترکیب شیمیایی تقریبا یکنواخت آن به منظور کاهش غلظت عناصر ناخالصی و رسوبات در ذوب از طریق بالا بردن عیار آهن موجود در شارژ استفاده می‌شود.

در حقیقت با شارژ DRI در سبد قراضه آهن، سطح ناخالصی‌های موجود در شارژ کاهش یافته و سبب کاهش مقدار نیتروژن موجود در ذوب می‌شود. اما چند فاکتور در استفاده از شارژ آهن اسفنجی باعث افزایش مصرف انرژی می‌شوند. در یک کوره قوس الکتریکی با شارژ 100 درصد آهن قراضه سرد و ساخت سرباره پفکی خوب، مقدار انرژی مصرفی جهت تشکیل ذوب، حدود 400 تا 435 کیلووات ساعت بر هر تن ذوب، صرف‌ نظر از سایر انرژی‌هاست، در حالیکه یک کوره قوس با شارژ 98 درصد DRI و تشکیل سرباره پفکی خوب، انرژی مصرفی حدود 635 کیلووات ساعت در هر تن است.

درصد متالیزاسیون DRI در مصرف انرژی فرآیند ذوب و تولید فولاد موثر است. متالیزاسیون پایین و بالا بودن مقدار FeO موجود در DRI سبب افزایش انرژی مصرفی در فرآیند فولادسازی می‌شود. اما یکی از مهم‌ ترین روش‌های اجرایی کاهش انرژی مصرفی و نیز کاهش بهای سهم انرژی در تولید فولاد، استفاده از آهن اسفنجی با درصدی از کربن محتوی، با درجه فلزی بالا و سیلیس، فسفر و گوگرد پایین و نیز استفاده از تزریق کربن و اکسیژن جهت ساخت سرباره پفکی است.

از طرف دیگر، به ازای افزایش ۵۰ درجه سانتیگراد دمای شارژ ورودی، حدود ۱۰ کیلووات ساعت بر تن، انرژی کوره صرفه جویی می شود. با پیش گرم کردن قراضه توسط گاز خروجی و به ازای شارژ قراضه پیش گرم شده تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد، حدود ۱۰۰ کیلووات ساعت بر تن محصول در انرژی کوره صرفه جویی می شود. همین صرفه جویی در حالتی که بیشتر شارژ ورودی به کوره را DRI تشکیل می دهد، سبب کاهش زمان ذوب گیری و افزایش صرفه جویی انرژی (صرفه اقتصادی) در تولید فولاد می شود. همچنین استفاده از بریکت گرم HBI حدود 140 کیلووات ساعت مصرف برق را کاهش میدهد و زمان ذوب را نیز تا 30 درصد کاهش خواهد داد.

در کوره های قوس الکتریکی مدرن، تا ۳۵ درصد از انرژی مورد نیاز کوره، به صورت انرژی شیمیایی حاصل از فعل و انفعالات داخل کوره، تامین می شود. کاهش فاصله زمانی تخلیه تا تخلیه در کوره های قوس الکتریکی از طریق افزایش قدرت ترانس کوره ها، پیش گرم کردن بار ورودی، افزایش کربن شارژ ورودی و تزریق کربن و اکسیژن به کوره از جمله راهکارهایی بوده است که سبب کاهش زمان تخلیه تا تخلیه و همچنین کاهش ۵۰ درصدی مصرف انرژی در تولید فولاد اروپا طی ۳۵ سال گذشته شده است.

این ها عواملی هستند که بنگاه های پراکنده و منفرد فولاد ساز را با توجه به امکانات و تکنولوژیتکنولوژی در اختیار و تجربه و دانش شخصی اش قادر می سازد تا با توجه به سبد قیمتی قراضه و DRI، ترکیبی از نهاده ها را انتخاب و محصولی را با حداقل قیمت تمام شده و سود حداکثری روانه بازار نماید. اما زمانی استفاده از این راه‌حل‌ها اقتصادی به‌ نظر می‌رسد که قیمت انرژی قابل توجه بوده و هزینه تولید را به ازای هر تن فولاد به نحو قابل ملاحظه ای افزایش دهد.

به تعبیر دیگر قیمت تمام شده محصول نسبت به قمیت نهاده انرژی حساسیت داشته و کشش پذیری بالا داشته باشد. بنابراین تولید کننده، با استفاده از راه‌های کاهش انرژی، بسته به محل قرارگیری کارخانه، نوع کوره و تکنولوژی تولید، مسائل فنی و قیمت قراضه و DRI ترکیب مناسب نهاده های تولید را از طریق مقایسه آنها به لحاظ اقتصادی تعیین و تصمیم‌گیری خواهد نمود.

اما در واقعیت بازار فعلی با کمبود منابع و نهاده های تولید (قراضه و DRI) و خصوصاً قراضه مواجهیم. در چنین حالتی به تحلیل مجموعه بازار در کلان آن می پردازیم، چرا که در چنین وضعیتی که تعادل در عرضه و تقاضای مواد اولیه فولاد وجود ندارد، مناسبات بنگاه ها به گونه رقابتی نبوده و بازیگران جدیدی نظیر دولت نقش مهمی را در بازار به عهده می گیرند.

با حضور دولت قواعد بازی بازار عوض می شود. دولت با ابزار سیاستگذاری، سرمایه، مجوز و تعرفه و حتی عاملیت در تولید، به عنوان مهمترین بازیگر بازار، مناسبات بازار را تغییر می دهد. در چنین وضعیتی بنگاه های تولیدی توانایی محدودی در اختصاص بهینه نهاده های مورد نیازش را دارد. در چنین حالتی علاوه بر مبحث انرژی مشکلات تامینی و قیمتی قراضه و DRI نیز وارد دستور کار مدیران و مالکان بنگاه های تولیدی فولاد ساز خواهد شد.

تعداد واحدهای فولاد سازی به روش کوره قوس در ایران رو به افزایش بوده و این در حالی است که امکان تهیه قراضه آهنی و با کیفیت به میزان مورد تقاضای بازار وجود ندارد. لذا استفاده از شارژ DRI به‌ عنوان بهترین راه‌حل در جهت تامین مواد آهنی به‌ طور فزاینده‌ای مورد توجه قرار گرفته است. اما متاسفانه در حال حاضر با کمبود عرضه آهن اسفنجی نیز با توجه به مقدار تولید کل فولاد و تقاضای کل قرار داریم. سال گذشته 2 میلیون تن گندله واردات داشته ایم که طی فرایند احیاء به DRI تبدیل شده و در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است. بر اساس پیش بینی کارشناسان 3 میلیون تن واردات گندله در دستور کار برای سال آینده قرار گرفته است.

تولید فولاد خام ایران در سال 2014 معادل 16.3میلیون تن بوده است. تولید آهن اسفنجی در این دوره 14.3میلیون تن (با واردات 2 میلیون تن گندله) بوده است. حداکثر میزان قراضه جمع آوری شده و مصرفی طی همین دوره کمتر از 1.5 میلیون تن (و با روندی کاهشی) بوده است. چنین ترکیبی از کوره ها با در نظر گرفتن ثبات در روش های تولید و نسبت مصرف هر یک از نهاده ها با رژیم مصرف جاری و فعلی نهاده ها در کشور، تقاضای کل بار فلزی 18 میلیون تن بوده است.

اگر تولید فولاد در سال 2015 برابر با حدود 18.8میلیون تن در نظر بگیریم نیاز به نزدیک به 21 میلیون تن بار فلزی خواهد بود. حاصل اینکه در سال آینده مواجه با کسری 6 میلیون تن بار فلزی اعم از آهن اسفنجی و قراضه هستیم. با توجه به ناکافی بودن تولید داخلی گندله جهت دستیابی به اهداف تولید و جبران کاستی منابع، سه گزینه پیش روست:

1- واردات DRI از منابع خارج کشور

2- واردات گندله از منابع خارج کشور

3- واردات قراضه از منابع خارج کشور

با توجه به شرائط حاضر اقتصاد ملی و جهانی طبیعتا گزینه ای را باید در دستور قرار داد که ما را قادر به تولید با کمترین قیمت تمام شده و ماندگاری و تداوم حیاتمان در بازار نماید. همان‌ طور که قبلا نیز اشاره شده، انتخاب مقدار شارژ DRI به دلایل متعدد نیاز به بررسی‌هایی از جمله مسائل اقتصادی، عدم دسترسی به قراضه مطلوب، مصرف انرژی و... دارد، لذا وقتی استفاده از DRI مدنظر قرار می‌گیرد، بهتر است یک ارزیابی هزینه تولید با درصدهای مختلف DRI در مقایسه با تولید فولاد از طریق قراضه به‌ عمل آید.

در زمان حاضر نسبت مصرف قراضه به کل تولید فولاد 9درصد است. این نسبت می تواند به هر میزانی (حتی 100 درصد) افزایش یابد. مزیت هایی نظیر منابع فراوان سنگ آهن و انرژی های فراوان و ارزان از یک طرف و از سوی دیگر کمبود قراضه سرنوشت دیگری را برای صنعت رقم زده است. کوره های القایی با ظرفیت کل حدود 1.7 میلیون تن بر اساس مصرف قراضه صد در صدی طراحی شده اند. تمامی قراضه کشور هم پاسخ نیاز انان را نمیدهد و ناگزیرند علیرغم مشکلات فراوانی که برایشان در حذف عناصر مزاحم و افزایش انرژی مصرفی ایجاد می نماید، درصدی از DRI نیز مصرف نمایند.

در صورت شارژ 100 درصد قراضه مصرف انرژی کوره حدود 700 کیلووات ساعت بر تن تولید و در صورت استفاده از 50 در صد اسفنجی به همراه قراضه مصرف انرژی 100 کیلووات ساعت بر تن افزایش خواهد داشت (دامنه این ارقام بسته به نوع و حجم کوره از 500 تا 900 کیلووات ساعت بر تن نیز ذکر شده است). مصرف بیش از 50 درصد DRI علاوه بر سایر موارد، مصرف انرژی را با شیب تندتری افزایش داده و از مرز 1100 کیلووات ساعت بر تن نیز می گذراند. قابل ذکر است که استفاده از آهن اسفنجی هم در کوره های قوس و هم کوره های القائی دارای روشی است که نیاز به تجربه و اطلاعات مربوطه دارد.

صرفه جوئی در مصرف انرژی در صنعت فولاد کشور از آغاز، به دلایل مختلف بویژه به دلیل ارزانی حامل های انرژی در ایران چندان مورد توجه قرار نگرفته است. در کوره های قوس در صورت مصرف 100 درصد قراضه در مقایسه با استفاده 98درصد اسفنجی مصرف انرژی الکتریکی معادل 200 کیلووات ساعت بر تن و انرژی حرارتی 18 گیگا ژول بر تن صرفه جویی خواهیم داشت. ومقدار انرژی مصرفی در پروسه احیاء (تبدیل گندله به DRI) برابر با مصرف 455 متر مکعب گاز طبیعی و 174 کیلووات ساعت انرژی الکتریکی بر تن تولید است.

شک نیست که منابع غنی گاز و سنگ آهن مزیت های اصلی توسعه صنعت فولاد در ایران بوده است. قطعاً در بزنگاه فعلی بحث صرفه جویی و کاهش هزینه در تمامی مراحل ریز فرایندهای تولید، قدرت بقاء واحد تولیدی را در این عرصه افزایش خواهد داد. در بحث کلان ملی هم اتخاذ سیاست های صحیح و کارشناسانه در بحث توسعه و واردات کالایی می تواند ما را در عرصه بین المللی قدرتمند تر ظاهر کرده و حفظ کند.

از سه گزینه ذکر شده در بالا جهت تامین کسری منابع به جز گزینه اول، یعنی واردات آهن اسفنجی که مشکلات حمل و ایمنی و افت کیفیت داشته و می توان از دستور کار خارج نمود، اما دو گزینه دیگر عملیاتی است. با توجه به ارقامی که در بالا مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت، پتانسیل صرفه جویی انرژی کل از مصرف قراضه در عوض یک میلیون تن گندله 20 میلیون گیگاژول می باشد. این رقم معادل 200 میلیون کیلووات ساعت انرژی الکتریکی و 500 میلیون متر مکعب گاز طبیعی یاصرفه جوئی 18 میلیون گیگاژول انرژی حرارتی است.

این رقم برابر با حدود 500 میلیارد مترمکعب گاز طبیعی است. بازای هر یک میلیون تن جایگزینی واردات قراضه به جای گندله، صرفه جوئی فوق حاصل می شود. علاوه بر چنین صرفه جوئی مستقیم ناشی از واردات قراضه، با نگرشی پویا افزایش عرضه قراضه بازار باعث جابجائی منحنی قیمتی قراضه و تعادل بخشی به عرضه و تقاضای بازار و نهایتا کاهش قیمت های کل خواهد شد. صرفه جوئی های ناشی از واردات قراضه را می توان جهت ایجاد و توسعه زیرساخت های واردات شامل سایت و تجهیزات بندری، توسعه ناوگان حمل و نقل و ... برای افزایش ظرفیت قراضه به کشور در سال های آتی سرمایه گذاری کرد.

نزدیک به 90 درصد تولید فولاد ترکیه به روش قوس است. این کشور در سال 2014 معادل 34 میلیون تن تولید فولاد خام با استفاده از 30 میلیون تن قراضه داشته که 19 میلیون تن قراضه وارداتی بوده است. قیمت انرژی برق در ترکیه هر کیلووات ساعت 11 سنت (370 تومان) و در ایران حدود 60 تومان و قیمت یک متر مکعب گاز در ترکیه 57 سنت (1880 تومان) و در ایران 145 تومان است. واردات قراضه ترکیه عمدتاً از منابع اروپا و امریکا و مقصد صادرات نیمی از محصولات تولیدی اش نیز همان کشورهاست. بدیهی است یکی از مزیت هائی که ترکیه را قادر به حضور در رقابت های بین المللی می کند حاشیه صرفه جوئی اقتصادی ناشی از مصرف قراضه در تولید فولاد است.

سرانه بازیافت قراضه ترکیه در سال 2011 با جمعیت 75 میلیون نفری معادل 124 کیلوگرم بوده است و سرانه بازیافت در ایران با جمعیتی مساوی در همان سال، برابر با 22 کیلوگرم بوده است. طی سه سال گذشته افزایش سهم قراضه داخلی ترکیه میانگین سالیانه معادل 1.4میلیون تن بوده و سرانه بازیافتش به 140 کیلوگرم افزایش یافته است اما در ایران رقم سرانه بازیافت قراضه در حال حاضر به 19 کیلوگرم کاهش یافته است. رقم سرانه بازیافت قراضه در کشورهای صنعتی بین 250 تا 270 کیلوگرم است.

آقای وزیر لطفاً جهت جلوگیری از توقف و یا فروپاشی صنعت، مسیر واردات قراضه را به سرعت هموار کنید.

استیل پدیا | مرجع خبر و تحلیل صنعت فولاد ایران و جهان