Nguyên Tắc Sản Xuất Thép Mới Nhất 2024

Ngành thép đã và đang trở thành một ngành trọng điểm kinh tế hàng đầu của mỗi quốc gia. Để hiểu rõ về ngành này, Thép An Khánh sẽ đưa các nhà thầu khám phá về nguyên tắc sản xuất thép và tính ứng dụng của nó. Cùng theo dõi ngay trong bài viết sau nhé.

1. Tổng quan về thép

1.1 Lịch sử phát triển của ngành sản xuất thép

Lịch sử ngành thép bắt đầu từ thời cổ đại khi người Hittite, khoảng năm 1200 TCN, ở Anatolia (hiện nay là Thổ Nhĩ Kỳ) được cho là những người đầu tiên sử dụng thép. Qua các thời kỳ, thép đã được người La Mã và Hy Lạp cổ đại biết đến và sử dụng. Trong thời Trung cổ, ở châu Âu, thép chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp lò rèn, sử dụng than gỗ để làm nóng và rèn thép.

Tuy nhiên, phải đến thế kỷ 19, ngành công nghiệp thép hiện đại mới thực sự ra đời với phát minh của Henry Bessemer. Năm 1856, ông giới thiệu quá trình Bessemer, một phương pháp cách mạng giúp sản xuất thép số lượng lớn bằng cách loại bỏ tạp chất từ sắt lỏng thông qua quá trình oxy hóa. Quá trình này không chỉ làm cho sản xuất thép trở nên rẻ hơn mà còn tăng cường chất lượng và hiệu quả.

Sau đó, các phương pháp sản xuất thép khác như quá trình Thomas-Gilchrist và quá trình Martin-Siemens tiếp tục nâng cao chất lượng và sản lượng. Ngành công nghiệp thép hiện đại đã có những bước tiến vượt bậc, đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế và công nghiệp toàn cầu, trở thành một phần không thể thiếu của cuộc cách mạng công nghiệp và sự phát triển của các quốc gia.

1.2 Vai trò của thép trong ngành công nghiệp

Tính đến hiện nay, thép đã trở nên ngày càng phổ biến và giữ một vài trò là nguyên vật liệu không thể thay thế được trong ngành công nghiệp. Đây là vật liệu có nhiều đặc tính vượt trội như cứng cáp, khả năng chịu lực tốt và tính linh hoạt. 

• Đối với ngành xây dựng và cơ sở hạ tầng: thép là xương sống cho các khung kết cấu thép đảm bảo được khả năng chịu tải, độ bền cao là nền tảng cho sự phát triển hạ tầng giao thông.
• Trong ngành công nghiệp nặng: Nhờ có sự góp mặt của thép vào các bộ phận linh kiện phụ tùng, các sản phẩm như ô tô, máy móc công nghiệp,… đảm bảo được hiệu suất công năng của sản phẩm. Từ đó, đảm bảo được độ bền và an toàn cho người sử dụng.

Vì vậy, thép đã và đang là vật liệu thiết yếu trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Từ đó, góp phần không nhỏ vào sự phát triển đô thị hóa, hiện đại hóa của một quốc gia cũng như nền kinh tế toàn cầu. 

Xem thêm: Nguyên Liệu Sản Xuất Thép – Nguyên Tắc Và Quy Trình Làm

2. Nguyên tắc sản xuất thép

2.1 Nguyên liệu sản xuất thép

Để đảm bảo được thành phẩm thép đạt tiêu chuẩn chất lượng cao, điều đầu tiên mà nhà sản xuất thép cần lưu ý là chọn lựa nguyên liệu đầu vào đạt chuẩn. Dưới đây, Thép An Khánh sẽ đưa ra thông tin chi tiết về nguyên liệu sản xuất thép và thông số tỷ lệ tiêu chuẩn hiện nay:

• Quặng sắt: là thành phần chính của thép, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo cấu trúc tinh thể của thép. Nhà sản xuất thép nên ưu tiên chọn quặng sắt có hàm lượng sắt cao (thường trên 60%) và ít có tạp chất có trong quặng như lưu hình và photpho. Việc chọn lựa quặng sắt chất lượng giúp tăng hiệu suất sản xuất và tránh gây ra các vấn đề về chất lượng thép. 
• Than cốc hay còn là carbon: là thành phần chính đứng thứ hai trong nguyên vật liệu sản xuất thép cũng như góp phần vào việc xác định tính chất của thép. Trong nguyên tắc sản xuất thép, than cốc được sử dụng làm nguyên vật liệu cần có độ tinh khiết cao. Từ đó, đảm bảo hiệu quả trong việc khử oxy từ quặng sắt và tạo ra gang lỏng chất lượng. Các tiêu chí chính để đánh giá độ tinh khiết của than cốc bao gồm:
  • Hàm lượng carbon cố định: Nguyên liệu than cốc đạt chuẩn thường yêu cầu về lượng cacbon cố định chiếm tỷ lệ cao (từ 85% đến 90%). Đây là thành phần quan trọng giúp than cốc có khả năng tạo nhiệt cao và duy trì quá trình khử oxy trong quặng sắt.
  • Độ ẩm: Độ ẩm tiêu chuẩn thường được yêu cầu mở mức rất thấp, cụ thể dưới 5%. Độ ẩm thấp giúp than cốc dễ dàng cháy và cung cấp nhiệt hiệu quả trong quá trình luyện kim.
  • Hàm lượng tro: Hàm lượng tro trong than cốc nên thấp, thường dưới 10%. Hàm lượng tro thấp giúp giảm tạp chất trong gang lỏng và nâng cao chất lượng thép.
  • Hàm lượng lưu huỳnh: Hàm lượng lưu huỳnh trong than cốc cần phải thấp, thường dưới 1%, lý tưởng nhất là dưới 0.7%. Lưu huỳnh cao có thể gây ra các vấn đề về giòn và làm giảm chất lượng của thép.
  • Hàm lượng các chất bay hơi: Hàm lượng các chất bay hơi (volatile matter) nên thấp, thường dưới 2%. Hàm lượng này càng thấp thì chất lượng than cốc càng tốt cho quá trình luyện kim.
• Một số chất phụ gia khác:
  • Đá vôi và dolomit: Sử dụng các chất phụ gia như đá vôi và dolomit để loại bỏ tạp chất trong quặng sắt và cải thiện quá trình luyện kim. Đá vôi giúp loại bỏ các tạp chất như silic và nhôm, trong khi dolomit giúp khử lưu huỳnh.
  • Nguyên tố hợp kim: Chọn lựa các nguyên tố hợp kim như mangan, crôm, niken tùy thuộc vào loại thép cần sản xuất để điều chỉnh các đặc tính cơ học và hóa học của thép.

2.2 Quy trình sản xuất thép

Hầu hết các ứng dụng của thép là nền móng cho thành phẩm hoặc các dự án. Vì vậy, các nhà sản xuất thép luôn phải đáp ứng đầy đủ nguyên tắc về nguyên liệu thép đến quy trình sản xuất thép. Dưới đây, Thép An Khánh sẽ đưa ra đầy đủ các bước trong quy trình sản xuất thép:

• Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu đầu vào: Như đã đưa ra các thông số chi tiết ở phần trên, các nhà sản xuất cần chọn lựa nguyên liệu đầu vào kĩ để đảm bảo quy trình sản xuất thép được diễn ra hiệu quả,tạo ra sản phẩm chất lượng cao. 
• Bước 2: Xử lý nguyên liệu và luyện gang: Sau khi chọn lựa nguyên vật liệu đầu vào đạt chất lượng, quặng sắt cùng các chất phụ gia sẽ được mang đi nung nóng chảy ở nhiệt độ cao (có thể lên tới 2000℃). Ở nhiệt độ cao, than cốc khử oxy từ quặng sắt, tạo ra gang lỏng chứa khoảng 4-5% carbon và các tạp chất khác. Tại thời điểm này, dòng thép nóng chảy sẽ liên tục được tinh lọc và đưa đến lò chuyển hóa oxy cơ bản hoặc lò điện hồ quang để chuyển đổi từ gang sang thép. 

• Bước 3: Đúc thép: Thép sau khi đã được khử tạp chất và bổ sung các hợp kim khác sẽ được đem đi đổ vào khuôn tạo phôi thép. Một số các loại phôi cơ bản hay được dùng như:
  • Phôi thanh: Là loại phôi thường được ứng dụng để cán hoặc kéo thành thép cuộn hoặc thép thanh vằn
  • Phôi phiến: Là loại phôi được dùng phổ biến cho các thành phẩm thép cuộn cán nóng, thép tấm cán nóng hay thép hình.
  • Phôi Bloom: Là loại phôi được dùng cho cả phôi thanh và phôi phiến. 

• Bước 5: Gia công: là quá trình quan trọng trong sản xuất thép, bao gồm cán nóng và cán nguội. Cán nóng diễn ra ở nhiệt độ cao, tạo hình thép thành các sản phẩm như tấm, thanh và ống, giúp cải thiện độ bền và kích thước của thép. Sau đó, thép có thể được cán nguội để tăng độ cứng và độ bền cơ học, tạo ra sản phẩm có kích thước chính xác và bề mặt mịn. 

• Bước 6: Xử lý nhiệt và bề mặt: Đây là các quá trình nhằm cải thiện tính chất của thép. Để tăng cường độ bền và độ cứng, thép sau khi đã qua bước gia công sẽ tiếp tục được xử lý nhiệt bằng cách tôi cứng và tôi ram.

Đối với thép cán nóng, bề mặt thép sẽ có xuất hiện những đốm xù xì không sắc mép. Vì vậy, việc xử lý bề mặt là rất cần thiết. Quá trình xử lý bề mặt sẽ thông qua việc mạ kẽm và sơn phủ, bảo vệ thép khỏi ăn mòn và tăng độ bền. Lớp phủ mạ kẽm đóng vai bảo vệ théo khỏi hiện tượng ăn mòn của môi trường. Từ đó, nâng cao chất lượng sản phẩm thép và kéo dài tuổi thọ.

• Bước 7: Kiểm tra chất lượng: Sau khi đã hoàn tất các bước trên, các kỹ sư chất lượng sẽ tiến hành kiểm tra chất lượng gia công kết cấu thép. Mục đích của bước kiểm tra chất lượng nhằm đảm bảo rằng các sản phẩm kết cấu thép đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật, an toàn và chất lượng cao.

Xem thêm: QUY TRÌNH GIA CÔNG KẾT CẤU THÉP MỚI NHẤT 2024

3. Các tiêu chuẩn chất lượng trong sản xuất thép

Tiêu chuẩn chất lượng trong sản xuất thép là những quy định và yêu cầu kỹ thuật nhằm đảm bảo sản phẩm thép đạt được các đặc tính cơ lý và hóa học cần thiết cho các ứng dụng cụ thể. Các tiêu chuẩn này được đặt ra bởi các tổ chức quốc tế, quốc gia và ngành công nghiệp. Dưới đây, Thép An Khánh sẽ đưa ra một số tiêu chuẩn quan trọng trong sản xuất thép hiện nay:

• Tiêu chuẩn quốc tế ISO (International Organization for Standardization): ISO có đưa ra nhiều tiêu chuẩn liên quan đến sản xuất thép có thể kể đến như: ISO 9001 về hệ thống quản lý chất lượng, ISO 14001 về quản lý môi trường, và các tiêu chuẩn cụ thể cho các loại thép như ISO 4957 cho thép công cụ.
• Nhắc đến tiêu chuẩn trong sản xuất thép không thể không nhắc tới tiêu chuẩn TCVN (Tiêu chuẩn Quốc gia Việt Nam) bao gồm: TCVN 1656 cho thép cán nóng, TCVN 1657 cho thép không gỉ, và TCVN 197 cho phương pháp thử cơ lý của thép.

• Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ASTM và SAE AISI:  Tiêu chuẩn của Mỹ được đặt ra bởi nhiều tổ chức như ASTM (American Society for Testing and Materials), SAE (Society of Automotive Engineers), và AISI (American Iron and Steel Institute). Cụ thể, ASTM A36 cho thép kết cấu, ASTM A53 cho ống thép, và ASTM A276 cho thép không gỉ, AISI 304: Thép không gỉ austenit trong ngành thực phẩm y tế,….

• Ngoài ra, còn một số tiêu chuẩn khá như Tiêu chuẩn Châu Âu EN như EN 10025 cho thép kết cấu, EN 10210 cho ống thép cấu trúc, và EN 10088 cho thép không gỉ; hoặc Tiêu chuẩn Nhật Bản JIS,….

Xem thêm: Tiêu Chuẩn Nghiệm Thu Thép Hình Mới Nhất 2024

4. Ảnh hưởng của sản xuất thép đến môi trường

Trong quá trình sản xuất thép, vấn đề sản sinh ra các chất thải hay những hoạt động có ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường là việc không thể tránh khỏi. Dưới đây là những tác động cụ thể của việc sản xuất thép tới môi trường như:

• Sử dụng tài nguyên tự nhiên: Nguyên liệu chính để sản xuất thép là từ quặng sắt và than cốc. Ước tính rằng để sản xuất 1 tấn thép cần khoảng 1,6 đến 1,8 tấn quặng sắt. Từ đó, gây tác động lớn đến môi trường do quá trình khai thác và vận chuyển.
• Các chất thải: Trong quá trình sản xuất thép, việc thải ra các khí thải như khí CO2, SO2, NOx hoặc nước thải chứa các chất độc hại,… là điều khó tránh khỏi. Điều này góp phần vào hiện tượng nóng lên toàn cầu,  ô nhiễm không khí và nguồn nước sạch và đời sống sinh vật thủy sinh. Vì vậy, các nhà sản xuất thép cần lưu ý và xử lý một cách an toàn.
• Ô nhiễm đất: Các chất thải từ quá trình sản xuất thép có thể gây ô nhiễm đất, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và sinh thái hệ.
• Tiêu thụ năng lượng: Sản xuất thép tiêu thụ lượng năng lượng lớn, góp phần vào việc tăng tỷ lệ khí thải CO2 vào không khí từ các nguồn năng lượng hoá thạch.

Những ảnh hưởng này cần được quản lý và giám sát chặt chẽ để giảm thiểu tác động xấu lên môi trường và xã hội, trong khi vẫn đảm bảo hoạt động bền vững của ngành công nghiệp thép.

Có thể bạn quan tâm: Kết Cấu Thép Vượt Nhịp Lớn: Sự Lựa Chọn Cải Tiến Cho Các Dự Án Xây Dựng

5. Ứng dụng của thép trong đời sống và công nghiệp

Hiện nay, thép là vật liệu hiện hữu khắp trong các ứng dụng từ trong ra ra đến đường phố hay các cơ sở hạ tầng. Dưới đây, Thép An Khánh sẽ đưa ra chi tiết tính ứng dụng của nguyên vật liệu này:

• Xây dựng và kết cấu hạ tầng: Thép được sử dụng vào cốt gia cố bê tông, tạo nên kết cấu chắc chắn cho cầu, đường sắt, và các công trình giao thông, góp phần xây dựng hạ tầng hiện đại. Ngoài ra, chúng ta dễ dàng bắt gặp thấy trên đường các cầu treo, đường sắt hoặc cầu đường bộ và các cấu trúc hạ tầng giao thông khác được làm từ vật liệu thép.
• Công nghiệp sản xuất: Trong công nghiệp sản xuất, thép là nguyên vật liệu chính trong sản xuất máy móc công nghiệp, thiết bị nông nghiệp, máy móc xây dựng và các thiết bị khác. Trong ngành sản xuất ô tô và xe máy, kết cấu khung, động cơ, phụ tùng xe đều được gia công từ nguyên vật liệu thép. Chúng còn có mặt ở cả lĩnh vực đóng tàu từ thân tàu, boong tàu đến các bộ phận cơ khí khác.
• Ngành năng lượng: Các ứng dụng của thép trong ngành năng lượng có thể kể đến như cấu trúc của các tuabin gió, nhà máy điện mặt trời và nhà máy điện hạt nhân, các giàn khoan dầu, ống dẫn dầu và khí, và các thiết bị liên quan.
• Y tế và dược phẩm: Đối với vật liệu thép không gỉ, chúng thường xuyên được sử dụng trong sản xuất các thiết bị y tế như dao mổ, kim tiêm, bàn mổ và các dụng cụ phẫu thuật khác nhờ tính chống ăn mòn và dễ tiệt trùng.

Ngoài những ngành kể trên, thép còn điểm mặt trong nhiều ứng dụng khác như đồ gia dụng, công nghiệp nhẹ, các máy móc trang thiết bị ngành nông nghiệp, hay cả các trang thiết bị quân sự,… Thép với tính đa dụng, độ bền cao, và khả năng chịu lực tốt, đã và đang đóng góp quan trọng trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống và công nghiệp, từ xây dựng, sản xuất, năng lượng, y tế đến quốc phòng và công nghệ thông tin.

Trên đây, Thép An Khánh đã đưa Quý bạn đọc tìm hiểu từ lịch sử đến nguyên tắc sản xuất thép và ứng dụng của nó. Mong thông tin trên hữu ích tới Quý độc giả. Mọi thông tin chi tiết hoặc cần tư vấn về thép hãy liên hệ với chúng tôi qua Hotline: 033 803 7676 – 0243.885.2184 – 0243.885.0915