شمش آهن و فولاد به عنوان محصولات میانی و پایه‌ای در صنعت فولاد، نقش اساسی در زنجیره تولید انواع مقاطع فولادی و محصولات فلزی ایفا می‌کنند. شناخت دقیق انواع شمش، فرآیندهای تولید، ویژگی‌ها و کاربردهای آن‌ها برای فعالان حوزه صنعت و ساخت‌وساز اهمیت زیادی دارد. در رایان استیل مهر به صورت بسط‌یافته و مرحله‌به‌مرحله با این موضوع آشنا می‌شویم.
۱. تعریف شمش آهن و فولاد
شمش (Ingots) قطعه‌ای فلزی با سطح مقطع معمولاً مستطیلی، مربعی یا دایره‌ای است که به عنوان ماده اولیه برای تولید محصولات نهایی فولادی مانند میلگرد، تیرآهن، ورق، لوله و… به کار می‌رود. شمش‌ها معمولاً پس از ذوب و تصفیه فلزات، در قالب‌های مخصوص ریخته شده و پس از خنک شدن، به صورت جامد درمی‌آیند
۲. انواع شمش فولادی
انواع شمش آهن و فولاد بر اساس ابعاد و شکل سطح مقطع به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
| نوع شمش | سطح مقطع | ابعاد معمول | کاربرد |
| بیلت (Billet) | مربع یا دایره | عرض کمتر از ۱۵ سانتی‌متر | میلگرد، مفتول، تسمه |
| بلوم (Bloom) | مربع | عرض بیش از ۱۵ سانتی‌متر | تیرآهن، سپری، ریل |
| اسلب (Slab) | مستطیل | ضخامت ۲۰ تا ۲۵ سانتی‌متر، عرض ۱ تا ۱.۵ متر | ورق فولادی، لوله درزدار |
بیلت (شمشال)
بیلت یا شمشال سطح مقطع مربع یا دایره‌ای با عرض کمتر از ۱۵ سانتی‌متر دارد و عمدتاً برای تولید میلگرد و سیم استفاده می‌شود
بلوم
بلوم سطح مقطع مربعی با عرض بیش از ۱۵ سانتی‌متر دارد و برای تولید تیرآهن، سپری، ریل و مقاطع سنگین‌تر کاربرد دارد.
اسلب (تختال)
اسلب شمشی با سطح مقطع مستطیلی است که برای تولید ورق‌های فولادی و لوله‌های درزدار مورد استفاده قرار می‌گیرد
۳. فرآیندهای تولید شمش آهن و فولاد
الف) روش کوره بلند (Blast Furnace – BF)
مواد اولیه: سنگ آهن، کک و آهک
مراحل: سنگ آهن پس از پیش‌پخت و کلوخه‌سازی همراه با کک و آهک وارد کوره بلند می‌شود. در این کوره، آهن خام یا چدن تولید می‌شود. سپس آهن خام به کوره کنورتر منتقل شده و با دمش اکسیژن، ناخالصی‌ها مانند کربن، فسفر و گوگرد حذف می‌شوند. فولاد مذاب حاصل به واحد ریخته‌گری منتقل و در قالب‌های مخصوص ریخته می‌شود تا شمش تولید گردد
ویژگی‌ها: این روش امکان تولید در حجم بالا را دارد اما تولید گازهای آلاینده و ضایعات زیاد از معایب آن است.
ب) روش کوره قوس الکتریکی (Electric Arc Furnace – EAF)
مواد اولیه: قراضه آهن و فولاد، آهن اسفنجی
مراحل: قراضه‌های آهن و فولاد به همراه آهن اسفنجی در کوره قوس الکتریکی ذوب می‌شوند. الکترودهای کربنی جریان برق را به فلز منتقل کرده و دمای بسیار بالایی ایجاد می‌کنند. پس از ذوب، با دمش اکسیژن و افزودن مواد سرباره‌ساز، ناخالصی‌ها جدا می‌شوند. فولاد مذاب به واحد ریخته‌گری منتقل و در قالب‌ها ریخته می‌شود
ویژگی‌ها: این روش برای تولید فولاد با کیفیت بالا و انعطاف‌پذیری بیشتر مناسب است و آلودگی زیست‌محیطی کمتری نسبت به کوره بلند دارد.
ج) روش کوره القایی (Induction Furnace – IMF)
مواد اولیه: قراضه آهن و فولاد، آهن اسفنجی
مراحل: در این روش با استفاده از میدان مغناطیسی، فلزات درون کوره القایی ذوب می‌شوند. پس از ذوب و تصفیه، فولاد مذاب به واحد ریخته‌گری منتقل و در قالب‌ها ریخته می‌شود
ویژگی‌ها: مناسب برای تولید فولادهای آلیاژی و خاص با ظرفیت پایین‌تر نسبت به دو روش دیگر.
د) روش احیای مستقیم (Direct Reduction)شمش آهن و فولاد
مواد اولیه: سنگ آهن به صورت گندله یا کلوخه
مراحل: سنگ آهن در کوره احیا با گاز طبیعی یا زغال سنگ احیا شده و آهن اسفنجی تولید می‌شود. آهن اسفنجی سپس در کوره قوس الکتریکی یا القایی ذوب شده و به شمش تبدیل می‌شود
ویژگی‌ها: روشی جدیدتر و کم‌مصرف‌تر از نظر انرژی است و خروجی آن آهن اسفنجی است که می‌تواند به صورت بریکت نیز مصرف شود.
۴. مراحل ریخته‌گری و تولید شمش آهن و فولاد
- ذوب: مواد اولیه (سنگ آهن، قراضه، آهن اسفنجی) در کوره ذوب می‌شوند
- تصفیه: حذف ناخالصی‌ها با دمش اکسیژن و افزودن مواد سرباره‌ساز مانند آهک.
- انتقال به واحد ریخته‌گری: فولاد مذاب توسط پاتیل‌های مخصوص به واحد ریخته‌گری منتقل می‌شود
- ریخته‌گری: فولاد مذاب در قالب‌های مسی ریخته شده و با پاشیدن آب سرد می‌شود تا به شمش جامد تبدیل گرد
- برش: شمش‌ها پس از خنک شدن به طول‌های مورد نیاز برش داده می‌شوند.
۵. کاربردهای انواع شمش فولادی
- بیلت: تولید میلگرد، سیم، تسمه، پروفیل‌های سبک
- بلوم: تولید تیرآهن، سپری، ناودانی، ریل
- اسلب: تولید ورق‌های فولادی، لوله‌های درزدار، محصولات تخت
۶. مزایا و معایب شمش فولادی
مزایا:
استحکام و دوام بالا
قابلیت بازیافت و استفاده مجدد
مقاومت در برابر خوردگی (در صورت آلیاژسازی مناسب)
امکان تولید انبوه و مقرون به صرفه بودن
معایب:
تولید ضایعات و آلودگی در برخی روش‌ها (مانند کوره بلند)
نیاز به تجهیزات پیشرفته و سرمایه‌گذاری اولیه بالا
۷. جمع‌بندی
شمش آهن و فولاد، محصولات میانی کلیدی در صنعت فولاد هستند که با روش‌های مختلفی مانند کوره بلند، قوس الکتریکی، القایی و احیای مستقیم تولید می‌شوند. هر یک از انواع شمش (بیلت، بلوم، اسلب) کاربردهای خاص خود را در صنایع مختلف دارند. انتخاب روش تولید و نوع شمش، بسته به نیاز بازار و ویژگی‌های محصول نهایی صورت می‌گیرد. این محصولات پایه‌ای‌ترین مواد اولیه برای ساخت انواع مقاطع فولادی و محصولات صنعتی به شمار می‌روند و نقش حیاتی در توسعه صنعتی کشورها دارند