صنعت فولاد در سال ۲۰۲۴
صنعت فولاد با دیجیتالی شدن، تولید هوشمند فولاد و روش‌های تولید جایگزین آماده رویارویی با چالش‌ها و فرصت‌های پیش‌رو است. در بخش نخست این نوشتار به بررسی بخشی از روندهای مهم صنعت فولاد در زمینه‌های فناوری و زیست‌محیطی در سال جاری میلادی پرداختیم.
به گزارش فولادترند به نقل از روابط عمومی فولاد مبارکه اصفهان، 1. استفاده از فولادهای پیشرفته تقویت‌شده (AHSS): یکی از روندهای اصلی در صنعت فولاد، افزایش استفاده از فولاد پیشرفته با استحکام بالا (Advanced High-Strength Steels) به‌دلیل نسبت مقاومت به وزن بالای آن است. تقاضای زیاد صنایع خودروسازی و هوافضا برای مواد سبک‌وزن و درعین‌حال مستحکم، صنعت فولاد را به سمت توسعه آلیاژها و فناوری‌های جدید تولید مواد سوق می‌دهد. فروش جهانی فولادهای پیشرفته در سال 2018 حدود 12.8 میلیارد دلار بوده که انتظار می‌رود تا سال 2026 بازار فولادهای پیشرفته تا 33.85 میلیارد دلار افزایش یابد و همچنین میانگین نرخ رشد مرکب سالانه آن به 13.1 درصد برسد. در شکل 1 نسل‌های مختلف فولادهای پیشرفته از لحاظ استحکام و قابلیت فرم‌پذیری با یکدیگر مقایسه شده‌اند.
2. ساخت افزایشی (AM): ساخت افزایشی که امروزه با نام تجاری «چاپ سه‌بعدی» نیز شناخته می‌شود، به روش‌های تولیدی اشاره دارد که اشیای فیزیکی را از یک فایل دیجیتال با استفاده از نرم‌افزار طراحی رایانه‌ای می‌سازند. ساخت افزودنی امکان ساخت مستقیم لایه به لایه دقیق قطعات فولادی را برای حذف ضایعات فراهم می‌کند. شکل 2 بازار ساخت افزایشی فلزات از سال 2016 تا 2022 و پیش‌بینی نرخ رشد مرکب سالانه تا سال 2027 را نشان می‌دهد.
3.فناوری نانو: فناوری نانو یا نانوتکنولوژی یا دست‌کاری ماده در مقیاس نانو، تنظیم دقیق خواص حرارتی و الکتریکی فولاد را مهیا کرده است. با ترکیب مواد و ساختارهای نانومقیاس در فولاد می‌توان استحکام و دوام آن را به میزان قابل‌توجهی افزایش داد. این مواد پیشرفته مقاومت زیادی در برابر سایش، خوردگی و خستگی دارند و برای ساخت‌وساز و توسعه زیرساخت‌ها ایدئال هستند. این امر به‌ویژه در صنایعی که اتلاف گرما یا هدایت الکتریکی ضروری است، بسیار ارزشمند است.
شکل 3 ساختار فولاد نانوساختار را با فولاد مرسوم را زیر میکروسکوپ الکترونیکی مقایسه می‌کند.
4. شکل‌دهی به کمک لیزر
فولادسازی مدرن از فناوری‌های جدیدی به کمک پرتوهای لیزر پرقدرت برای تغییر شکل، شکل‌دهی و کنترل دقیق فلز استفاده می‌کند. نسبت به فناوری‌های سنتی قابلیت‌های منحصربه‌فردی را برای شکل دادن اجزای فلزی با دقت بالا ارائه می‌دهد. این روش همچنین نیاز به ابزار را کاهش می‌دهد، شکل‌پذیری را بهبود و ساخت شکل‌های پیچیده را امکان‌پذیر می‌کند.
5. جایگزین‌های غیرفلزی: صنعت فولاد با چالش‌های ناشی از افزایشِ دسترسی به جایگزین‌های سبک‌وزن و غیرفلزی که نسبت‌های استحکام به وزن بالایی را ارائه می‌دهند، مواجه است. برای نمونه جایگزین‌های میلگرد فلزی از پلیمر تقویت‌شده با الیاف سنگ بازالت (BFRP) یا پلیمر تقویت‌شده با الیاف شیشه (GFRP) ساخته می‌شوند که در برابر خوردگی و زنگ زدن بسیار مقاوم‌اند. با استفاده از این پلیمرها می‌توان لایه بتن بین آرماتور و خاک را نازک‌تر بتن‌ریزی کرد، زیرا بیشتر لایه بتن فقط جهت محافظت آرماتور فلزی در برابر زنگ زدن معمولاً استفاده می‌شود. صرفه‌جویی در بتن همچنین به معنای صرفه‌جویی مالی زیاد است. نمونه‌ای از مش کامپوزیت را در شکل 4 مشاهده می‌نمایید.
6.برق‌رسانی و استفاده از انرژی سبز: در حال حاضر استارت‌آپ‌ها از هیدروژن به‌عنوان یک عامل کاهنده در احیای مستقیم سنگ‌آهن برای تشکیل آهن اسفنجی استفاده می‌کنند. علاوه بر این، هیدروژن به‌عنوان یک منبع تمیز گرما در کوره‌های قوس الکتریکی (EAF) عمل می‌کند که فولادسازان را قادر می‌سازد فولاد سبز تولید کنند. برای تولید هیدروژن، شرکت‌ها از روش‌هایی مانند اصلاح متان با بخار (SMR)، الکترولیز، پیرولیز متان و تبدیل به گاز زیست‌توده استفاده می‌کنند. این امر تأمین پایدار و مقرون‌به‌صرفه هیدروژن در کارخانه‌های فولادسازی را تضمین می‌کند. مراحل تولید فولاد سبز در شکل 5 تصویرسازی شده است.
7. تعمیر و نگهداری پیش‌بینی‌شده: تولیدکنندگان فولاد با استفاده از داده‌های بی‌درنگ و الگوریتم‌های یادگیری ماشینی، خرابی‌های احتمالی را پیش‌بینی می‌کنند و فعالیت‌های تعمیر و نگهداری را به‌طور فعال برنامه‌ریزی می‌کنند. داده‌های دما، ارتعاش و مصرف انرژی به سیستم‌ها کمک می‌کنند تا انحرافات را نظارت کنند و بینش‌های عملی را به مدیران کارخانه ارائه دهند. نظارت بی‌درنگ بر تجهیزات همچنین علائم اولیه زوال یا ناهنجاری‌ها را تشخیص می‌دهد. با تجزیه‌وتحلیل مداوم داده‌های حسگرها، تیم‌های تعمیر و نگهداری با شناسایی انحرافات از شرایط عملیاتی عادی، اقدامات به‌موقع انجام می‌دهند.
8. جذب و ذخیره کربن (CCS): صنعت فولاد تمرکز خود را بر به حداقل رساندن اثرات زیست‌محیطی خود با استفاده از فناوری‌های جذب و ذخیره کربن (یا به‌اختصار (CCS) در فرایندهای تولید معطوف کرده است. این فناوری از جذب، قبل یا پس از احتراق برای جذب کربن استفاده می‌کند. شکل 6 روند روبه رشد بازار جهانی جذب و ذخیره کربن از سال 2022 تا 2032 میلادی را نشان می‌دهد. طبق این شکل نرخ رشد مرکب سالانه بازار 13 درصد و اندازه بازار برای سال 2032 حدود 18 میلیارد دلار پیش‌بینی شده است.
روندهای صنعت فولاد آینده‌ای پر از نوآوری، پایداری و رشد راهبردی را نشان می‌دهند. با ادامه پیشرفت فناوری، شرکت‌های درون این بخش باید فرایندهای سازگار جدیدی را برای رقابتی ماندن و پاسخ‌گویی به تقاضای روزافزون جهانی اجرا کنند. تأکید بر مسئولیت زیست‌محیطی و مفاهیم اقتصاد چرخشی نه‌تنها تأثیر زیست‌محیطی صنعت را بهبود می‌بخشد، بلکه آن را به‌عنوان بازیگری کلیدی در ایجاد آینده‌ای سبزتر مطرح می‌کند. با پذیرش تغییر به سمت دیجیتالی شدن، تولید هوشمند فولاد و روش‌های تولید جایگزین، صنعت فولاد می‌تواند انتظار داشته باشد که کارایی و اثربخشی هزینه بهبودیافته‌ای را تجربه کند. علاوه بر این تمرکز بر جهانی‌سازی و همکاری، بخش به‌هم‌پیوسته‌تر و انعطاف‌پذیرتری را تقویت می‌کند که آماده رویارویی با چالش‌ها و فرصت‌های پیش رو است.
