Quy Trình Sản Xuất Thép: Từ Quặng Sắt Thô Đến Thành Phẩm 

Thép, vật liệu kim loại đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người, được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng, công nghiệp chế tạo, sản xuất ô tô, đóng tàu,… Quy trình sản xuất thép là một hành trình dài và phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp của nhiều yếu tố như kỹ thuật tiên tiến, nguồn nguyên liệu dồi dào và nguồn nhân lực lành nghề. Bài viết này sẽ đưa bạn đi khám phá hành trình đầy thú vị này.

Các giai đoạn chính trong quy trình sản xuất thép

Quy trình sản xuất thép bao gồm nhiều giai đoạn đan xen cụ thể:

Khai thác và xử lý quặng sắt

Quặng sắt được khai thác từ các mỏ lộ thiên hoặc các hầm mỏ. Quá trình khai thác có thể sử dụng phương pháp nổ mìn, khoan cắt hoặc đào hầm tùy theo địa hình và đặc điểm của mỏ quặng. 

Quặng sau khi khai thác được vận chuyển về nhà máy để nghiền thành những viên nhỏ. Tiếp theo, quặng được tuyển quặng nhằm loại bỏ tạp chất như đá, cát, khoáng chất khác,… Quá trình tuyển quặng có thể sử dụng các phương pháp như tuyển rửa, tuyển từ, tuyển tĩnh điện,…

Cuối cùng quặng sắt tinh sau tuyển quặng được đưa vào máy thiêu kết để tạo thành quặng sinter. Quá trình thiêu kết giúp tăng độ bền cơ học cho quặng, thuận lợi cho việc vận chuyển và sử dụng trong các giai đoạn sau.

Luyện gang

Quặng sinter, than cốc và đá vôi được nạp vào lò cao. Nhiệt độ cao trong lò (khoảng 1.400 – 1.600°C) thúc đẩy phản ứng hóa học giữa các nguyên liệu, tạo thành gang lỏng và khí thải. Gang lỏng từ lò cao được rót vào xưởng đúc và để nguội. 

Quá trình nguội diễn ra chậm rãi để tránh tạo ra ứng suất bên trong, giúp gang có độ bền cơ học cao hơn. Gang sau khi nguội được đập vỡ thành những khối lớn, gọi là phôi gang.

Sản xuất thép

Phôi gang được đưa vào lò thép để loại bỏ các tạp chất như cacbon, lưu huỳnh, phốt pho,…

Có hai phương pháp chính sản xuất thép phổ biến bao gồm:

• Lò oxy cơ bản (BOF): Phôi gang được nạp vào lò BOF cùng với thép phế liệu và phụ gia. Oxy tinh khiết được thổi vào lò để đốt cháy các tạp chất như cacbon, mangan, silic,… trong gang, giúp loại bỏ chúng dưới dạng xỉ. Quá trình này diễn ra trong khoảng 15 – 20 phút, tạo ra thép lỏng.
• Lò điện (EAF): Thép phế liệu là nguyên liệu chính trong lò EAF. Ngoài ra, có thể bổ sung thêm gang, quặng sắt và phụ gia. Nhiệt độ cao trong lò (khoảng 1.600 – 1.800°C) được tạo ra nhờ điện hồ quang, giúp đốt cháy các tạp chất và tạo thành thép lỏng. Quá trình sản xuất thép trong lò EAF linh hoạt hơn so với lò BOF, có thể điều chỉnh thành phần hóa học của thép theo yêu cầu.

Rèn và cán thép

Thép lỏng được rót vào khuôn và để nguội, tạo thành các phôi thép có kích thước lớn. Phôi thép có thể được rèn bằng búa hoặc máy ép để tạo hình dạng mong muốn và tăng độ bền cơ học.

Phôi thép được gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp và cán qua các con lăn để tạo thành các sản phẩm thép có hình dạng và kích thước khác nhau:

• Cán nóng: Cán ở nhiệt độ cao (trên 900°C), tạo ra thép cuộn cán nóng, thép tấm,…
• Cán nguội: Cán ở nhiệt độ thấp (dưới 900°C), tạo ra thép cuộn cán nguội, tôn mạ,…

Hoàn thiện sản phẩm

Thép sau khi cán có thể được ủ ở nhiệt độ và thời gian nhất định để giảm ứng suất bên trong, tăng độ dẻo dai và độ bền cơ học. Sau đó thép sẽ được mạ kẽm, sơn tĩnh điện, phủ nhựa,… tùy theo yêu cầu để tăng độ bền, chống gỉ sét và tăng tính thẩm mỹ. Thép thành phẩm được cắt theo kích thước yêu cầu của khách hàng và xuất xưởng.

Những yêu cầu cần đáp ứng trong quy trình sản xuất thép

Quy trình sản xuất thép đòi hỏi đáp ứng nhiều yêu cầu khắt khe để đảm bảo chất lượng sản phẩm và hiệu quả hoạt động. Cụ thể:

Nguyên liệu đầu vào

• Chất lượng quặng sắt đóng vai trò then chốt, ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần hóa học và tính chất cơ lý của thép. Quặng cần có hàm lượng sắt cao, hàm lượng tạp chất thấp (như lưu huỳnh, phốt pho) và kích thước hạt phù hợp.
• Nhiên liệu cung cấp nhiệt lượng cho các phản ứng hóa học trong lò luyện. Thường sử dụng than cốc, than đá, khí đốt tự nhiên hoặc điện. Chất lượng nhiên liệu cần đảm bảo hiệu suất đốt cháy cao, hàm lượng tro thấp và thân thiện với môi trường.
• Phụ gia được bổ sung vào thép để điều chỉnh thành phần hóa học và tính chất của thép, ví dụ như mangan, silic, crom, niken,… Chất lượng phụ gia cần cao, đảm bảo độ tinh khiết và tính đồng nhất.

Quy trình công nghệ

• Lựa chọn công nghệ phù hợp: Có hai phương pháp sản xuất thép chính là luyện thép từ quặng và luyện thép từ phế liệu. Mỗi cách có ưu nhược điểm riêng, cần lựa chọn dựa trên nguồn nguyên liệu, điều kiện kinh tế và tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm.
• Mỗi giai đoạn khi sản xuất thép đều có những thông số, các thông số cần được kiểm soát chặt chẽ, ví dụ như nhiệt độ, áp suất, thời gian phản ứng,… Sai lệch thông số có thể ảnh hưởng đến chất lượng thép và gây lãng phí nguyên liệu.
• Quy trình sản xuất thép tiêu thụ lượng năng lượng lớn. Do đó, cần áp dụng các biện pháp tiết kiệm năng lượng như sử dụng thiết bị hiện đại, tối ưu hóa quy trình và tái sử dụng nhiệt thải.

Hệ thống quản lý chất lượng

• Thực hiện hệ thống quản lý chất lượng theo tiêu chuẩn ISO 9001: Hệ thống này giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm thép được kiểm soát chặt chẽ từ đầu vào đến đầu ra, đáp ứng yêu cầu của khách hàng.
• Sản phẩm thép cần được kiểm tra chất lượng theo các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế để đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về thành phần hóa học, tính chất cơ lý và hình dạng kích thước.
• Có phòng thí nghiệm được trang bị đầy đủ thiết bị hiện đại để kiểm tra chất lượng nguyên liệu, bán thành phẩm và thành phẩm.

Bảo vệ môi trường

• Quy trình sản xuất thép thải ra lượng lớn khí CO2, SO2, bụi,… chính vì thế cần có hệ thống xử lý khí thải hiện đại để giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
• Nước thải từ sản xuất thép có thể chứa nhiều kim loại nặng và các chất độc hại khác. Cần có hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn để bảo vệ nguồn nước.
• Chất thải rắn từ sản xuất thép bao gồm xỉ, bụi, phế liệu,… Cần có biện pháp thu gom, xử lý và tái sử dụng chất thải rắn hợp lý để giảm thiểu tác động đến môi trường.

An toàn lao động

• Cần cung cấp cho công nhân trang phục bảo hộ, dụng cụ bảo hộ và đào tạo đầy đủ các kiến thức về an toàn lao động.
• Kiểm tra định kỳ các thiết bị máy móc, hệ thống điện, môi trường làm việc để đảm bảo an toàn cho người lao động.
• Tổ chức các buổi tập huấn, giáo dục về an toàn lao động cho công nhân để nâng cao ý thức và kỹ năng phòng ngừa tai nạn lao động.

Bài viết trên đã cung cấp cho bạn thông tin chi tiết về quy trình sản xuất thép. Hy vọng rằng những thông tin này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về giá trị và tầm quan trọng của thép trong đời sống.