کاهش چالش‌ دسترسی به مواد اولیه و افزایش سود فولادسازان با استفاده بهینه از بارفلزی (قراضه آهنی و آهن اسفنجی)

فرزین زادانفرخ و محمود باب المرادی از شرکت بیس ترید گِلوبال در مقاله‌ای که به‌صورت اختصاصی برای چیلان نوشته شده، با استناد به مطالعات فنی و اقتصادی جهانی و از جمله ایران در تاثیر فرآوری بار فلزی بر راندمان تولید ذوب، بر اساس آمار صنعتی استدلال کرده‌اند که استفاده بهینه از بارفلزی نه تنها موجب کاهش چالش‌های دسترسی به مواد اولیه می گردد، بلکه موجب افزایش سود فولادسازان هم می‌شود.

علی‌رغم پیشرفت چشمگیر صنعت فولاد در ایران، صنعت بازیافت فلزات آهنی به‌عنوان تامین ماده اولیه حیاتی فرایند ذوب نوپا مانده است و توسعه زیربنایی در این زمینه صورت نپذیرفته است. این در صورتی است که در شرایط‌ کنونی علی رغم تولید حدود ۲۰ میلیون تن آهن اسفنجی، صنعت فولاد عملاً نیاز به ۲۴ میلیون تن از این محصول دارد. این کمبود، مسلتزم تولید حدود ۶ میلیون تن گندله مازاد بر موجودی امروزی است و تا برقراری توازن زنجیره تامین به زمان نیاز است.

در عین حال صنعت فولاد در جهان، فولاد سازان را تشویق به سنجش ارزش افزوده در بهره وری بار فلزی در کوره ذوب (value in use) بجای صرافا” مقایسه قیمت اولیه بار فلزی می کند.

این مقاله با استناد به مطالعات فنی و اقتصادی جهانی و از جمله ایران در تاثیر فرآوری بار فلزی بر راندمان تولید ذوب را بر اساس آمار صنعتی عنوان می کند که استفاده بهینه از بارفلزی نه تنها موجب کاهش چالش‌های دسترسی به مواد اولیه می گردد، بلکه موجب افزایش سود فولادسازان هم می شود.

بازیافت فلزات آهنی در فولادسازی ایران به علت استفاده غالب آهن اسفنجی به عنوان ماده پیش ذوب، عدم آشنایی کامل به توجیه فنی و اقتصادی بازیافت فلزات و پایه گذاری نامناسب صنعت بازیافت فلزات آهنی تا کنون کماکان نوپا مانده است.

علاوه بر نکات فوق، قیمت قراضه و امکان تامین آن در معادله مصرف قراضه در بار فلزی تاثیر گذار است.

هدف این مقاله بر تغییر نسبت بار فلزی مورد مصرف نمی باشد بلکه با استناد به داده های موجود استدلال این مقاله بر این هست که بازیافت فلزات آهنی و ترکیب آن در بارفلزی در حاشیه سود فولاد سازان تاثیر بسزایی دارد.

این مقاله بندهای ۲ و ۳ فوق و بازدهی بار فلزی در حاشیه سود را مورد بررسی قرار می دهد. جدول زیر آمار معمول در رابطه با شارژ کوره ذوب با قراضه نیمه سنگین، آهن اسفنجی و قراضه خرد شده را نشان می دهد.

آهن قراضه خرد شده (Shredded Scrap) بالاترین راندمان بازدهی بارفلزی در فرآیند ذوب فولاد را دارد. سه مطالعه فنی در مورد راندمان تولید بارفلزی، یک تحقیق در آمریکای مرکزی و دو تحقیق در ایران در این مقاله بازگو می شود.

الف. در مطالعات انجام شده در فولاد سازی آدکلا^[۱] در اکوادور در آمریکای مرکزی (در شرایط همگن با فولاد سازی در ایران) بررسی جامعی در شارژ کوره با قراضه برش خورده (Sheared Scrap) و قراضه پاکتی (Baled Scrap) در مقایسه با قراضه خرد شده (Shredded Scrap) در شرایط کاملا” یکسان انجام پذیرفته است.

طبق آمار بدست آمده بر اثر استفاده از قراضه خرد شده زمان ذوب به ذوب (در یک کوره ۳۲ تنی قوس الکتریکی شارژ با سبد) از ۶۷/۷ دقیقه به ۴۰ دقیقه کاهش یافت. این امر موجب افزایش تولید ماهیانه یک کوره ذوب از ۱۴،۰۶۷ تن به ۲۶،۴۹۷ تن مذاب شد.

علاوه بر افزایش‌ تولید استفاده از قراضه خرد شده موجب صرفه جویی (از نظر انرژی مصرفی، الکترود، نسوزها، کاهش‌ سرباره و…) ۳۵ الی ۴۰ دلار در هر تن شمش تولیدی کارخانه شد.

افزایش میزان تولید و صرفه جویی در هزینه ها، درآمد کارخانه را برای هر کوره ۸۸% افزایش داد که در سود سالیانه شرکت فولاد آدلکا تاثیر چشمگیری داشته است. ترکیب افزایش سود سالیانه ‌و صرفه جویی در هزینه ها تقریبا” همانند دو برابر کردن ظرفیت ذوب هر کوره بوده است.

ب. مطلالعات مشابه^[۲] و تجربیات حاصل در ایران در بازدهی بار فلزی و بار فلزی فرآوری شده در کوره قوس الکتریکی ۷۰ تنی، بازدهی زیر را به همراه داشته است:

با توجه به آمار فوق در شرایط همگن، قراضه فرآوری شده عملاً به دلیل چگالی بالاتر نسبت به قراضه فرآوری نشده در هر ذوب به طور متوسط ۵ درصد افزایش تولید، ۶ درصد کاهش میزان مصرف برق دارد. نتیجه این فرآیند در افزایش‌ در آمد در یک مجتمع فولاد سازی در بند (ج) منعکس شده است.

از لحاظ مقایسه با آهن اسفنجی در فولاد سازی در عمل شرایط را نمیتوان کاملاً همگن دانست. به دلیل اینکه در ریخته گری پیوسته با استفاده از آهن اسفنجی زمان ذوب به ذوب کوتاه تر خواهد بود. از طرفی در تولید فولاد های خاص و آلیاژی استفاده از آهن اسفنجی، به لحاظ نیاز بر ثبات در کیفیت، به قراضه ترجیح داده می شود. در ضمن در ایران معادله قیمت آهن اسفنجی در برابر قراضه و دسترسی گسترده تر به آن را باید نیز در نظر گرفت.

با این وجود بدیهی است که درصد بازدهی قراضه آهنی فرآوری شده نسبت به آهن اسفنجی در حد قابل توجه بالاتر است. با احتساب قیمت، در صد بازدهی بار فلزی، کوره ذوب (قوس الکتریکی یا القایی)، نحوه ذوب (پیوسته یا غیر پیوسته) و نوع فولاد مد نظر می توان به این نتیجه رسید که بازیافت تخصصی فلزات آهنی نه تنها به افزایش سود در فولاد سازی کمک می کند، بلکه از تنش کمبود مواد آهن اسفنجی هم می کاهد.

در نتیجه استفاده فنی و بهینه از قراضه آهنی و آهن اسفنجی به عنوان دو ماده مکمل پیش ذوب، نه تنها موجب سود دهی بالاتر در فولاد سازی می شود، بلکه کمبود آهن اسفنجی در زنجیره تولید فولاد را با راندمان بازدهی بالاتر جایگزین می کند.

ج. در مقایسه های بعمل آمده مشابه در کوره القایی^[۱] ۱۰ تنی، در استفاده از فولاد خرد شده و برش خرده در مقایسه با قراضه نیمه سنگین فرآوری نشده و آهن اسفنجی، با شرایط‌ یکسان، راندمان کوره از ۴ ذوب در هر شیفت کاری به ۵ ذوب، معادل ۲۰ تن، افزایش شمش‌ (دو شیفت کاری) در هر روز شد.

این افزایش تولید باعث افزایش‌ درآمد ۱۱۲۰ میلیون ریال^[۲] (۱۱۲ میلیون تومان) در روز و ۳۸۰ میلیارد ریال (۳۸ میلیارد تومان) در سال در یک کارخانه فولاد سازی با کوره القایی شده است.

ارزش بازیافت فلزات آهنی و رنگی

در اروپا فولاد سازان و واحدهای بازیافت فلزت با قدرت خرید بالاتر، بیشترین رقابت را در خرید قراضه معادل آنچه که در ایران درجه ۳ عنوان می شود دارند. زیرا که نامرغوب ترین قراضه با پائین ترین کیفیت با استفاده از دستگاه خرد کننده و فرآیند خردایش به مرغوب ترین نوع قراضه ISRI 210 و ISRI 211 تبدیل می گردد و بالاترین ارزش افزوده در بهره وری را عرضه می کند.

همچنین امکان جداسازی فلزات رنگی در فرآیند بازیافت فلزات، دارای ارزش افزوده می باشد.

بر اساس قیمت پایه شمش ۵۶۰۰۰ ریال ، به ازای مصرف هر کیلوگرم قراضه خرد شده به جای قراضه معمولی و نامرغوب به طور میانگین ۸۵۳۰ ریال کاهش هزینه تولید را خواهیم داشت و با فرض مصرف سالیانه ۲۰۰،۰۰۰ تن قراضه خرد شده در فرآیند تولید مبلغ ۱۷۰۶ میلیارد ریال به حاشیه سود مجموعه تولیدی افزوده خواهد شد.

در صورتی که دستگاه های فرآوری قراضه نیز توسط مجموعه خریداری و بکار گرفته شود مبلغ ۶۰۰ میلیاد ریال نیز به حاشیه سود حاصل از فرآوری قراضه مجددا” افزوده خواهد شد.

بنابراین مجموعا” ۲۳۰۰ ملیارد ریال (۲۳۰ میلیارد تومان) صرفه جویی در هزینه و یا افزایش حاشیه سود را خواهیم داشت.

در محاسبات ارزش بازیافت فوق، پرت قراضه، هزینه های برق، تعویض چکش در هر ۱۰۰۰ ساعت، دستگاه های جانبی (چنگک، کامیون، اپراتور)‌ و سرویس و نگهداری تجهیزات در نظر گرفته شده است.

پایه گذاری نامناسب صنعت بازیافت فلزات آهنی

انجمن صنایع بازیافت قراضه در جهان ISRI^[۳] فلزات سبک را تا ۶ میلیمتر ضخامت و فلزات نیمه سنگین، سنگین را از ۶ میلیمتر ضخامت به بالا تعریف کرده است.

قراضه سبک توسط دستگاه خردایش‌ فرآوری میشود و فلزات سنگین / نیمه سنگین توسط دستگاه برش. در بین دستگاه های خردایش‌، دستگاه های چکشی از دستگاه های برشی بهتر عمل میکنند و کیفیت محصول خروجی و ارزش‌ آن بالاتر است.
اصولاً فلزات با ضخامت ۶ الی ۸ میلیمتر و طول ۱/۵ متر با دستگاه خردایش چکشی فرآوری می شوند. طول بیش از ۱/۵ متر امکان گیر کردن قطعات داخل روتور را می دهد و ترجیحاً از تغدیه قطعات طویل تر باید جلوگیری کرد.

در بین دستگاه های برش، دستگاه های برش شیب دار بهتر عمل می کنند به علت اینکه سیکل برش مداوم و قراضه با تنظیم شیب بر اساس چگالی خود به جلو سوق داده می شود. این دو عامل باعث افزایش سرعت‌ سیکل برش به هر ۳۰ ثانیه می شود. در تکنولوژی قدیمی شی یر پرس (Shear Press) این سیکل ۶ دقیقه است و هر سیکل دارای سه مقطع جداگانه تغذیه، فشار پیستون افقی و برش‌ می باشد.

فرآوری قراضه سبک با دستگاه خردایش‌ و قراضه نیمه سنگین یا سنگین با دستگاه برش جزو اصول کار بازیافت فلز است و یک دستگاه دو کار را نمی تواند انجام دهد، زیرا ماهیت این دو روش فرآوری متفاوت می باشند.

به دو علت تا به امروز صنعت بازیافت فلزات در ایران جایگاه شایسته خود را در صنعت فولاد سازی پیدا نکرده است:

۱. انتخاب ظرفیت دستگاه (تن بر ساعت) با توجه به حجم کار فرآوری و همچنین شعاع تغذیه بار فلزی جهت بازیافت اهمیت خاص دارد. با فرض کارکرد دو شیفت در روز (۶ ساعت کارکرد مفید در هر شیفت، معادل ۱۲ ساعت) میزان تغذیه قراضه آهنی مورد نیاز از قرار زیر می باشد:

دسترسی به حجم مطلوب قراضه آهنی در شعاع مرقون به صرفه برای واحد فولاد سازی و یا کارگاه فرآوری قراضه اهمیت خاص دارد. زیرا که شعاع تغذیه بار فلزی و قیمت حمل و نقل آن بر قیمت تمام شده قراضه فرآوری شده نسبت مستقیم دارد.

در ایران با توجه به حجم موجود قراضه، فرآیند فرآوری با دستگاه های با ظرفیت متناسب با واحد تولیدی (و محدوده تحت قابل پوشش هم صنفان که از نظر بُعد مسافت جهت ارائه خدمات بازیافت اقتصادی باشد) تعین می گردد و این امر مقرون به صرفه  تر است. ظرفیت فرآوری خردایش از ۱۰ تن بر ساعت تا حداکثر ۴۰ تن بر ساعت در ایران مناسب بوده و بر اساس ظرفیت مورد نیاز و نسبت قراضه سبک به سنگین/نیمه سنگین ارزیایی و تعین می گردد.

بعنوان مثال یک دستگاه خردایش‌ ۴۰ تن در ساعت و یک دستگاه برش ۲۵ تن در ساعت (با توجه به استفاده از آهن اسفنجی و بار برگشتی از خط) برای مجتمعی مانند فولاد خوزستان کافی می باشد.

۲. عمر مفید دستگاه های فرآوری قراضه با توجه به ماهیت استهلاکی بودن آنها به طور اصولی ۲۰ سال می باشند. لذا وارادت دستگاه هایی که بیش از ۲۰ سال کار کرده به ایران، از نظر فنی و اقتصادی کاملاً نادرست می باشد و چنین دستگاهایی راندمان مناسبی نخواهند داشت. این امر در جابجایی چنین واحدهای فرآوری قراضه و عدم سودمندی آنها در هر مکان ثابت شده است.

جمع بندی و نتیجه گیری:

– قراضه آهنی و آهن اسفنجی در تامین بار فلزی واحدهای فولاد سازی مکمل یکدیگر بوده و در رقابت نیستند.

– علاوه بر قیمت خرید مواد اولیه، توجه به ارزش افزوده بهره وری بارفلزی در واحدهای فولاد سازی و یا کارگاه های بازیافت قراضه جهت افزایش سود الزامی است.

– استفاده فنی و اقتصادی از قراضه آهنی (علاوه بر افزایش سود دهی) کمبود آهن اسفنجی در بازار را پوشش میدهد و در تعدیل عرضه و تقاضای بار فلزی موثر خواهد بود.

– انتخاب دستگاه های فرآوری قراضه بر اساس نوع قراضه موجود پارامتر بسیار مهمی است.

– در ایران ایجاد واحدهای کوچک تا متوسط فرآوری قراضه در مقایسه با واحدهای متمرکز بزرگتر مقرون به صرفه می باشد.

– خرید و تامین دستگاه های فرآوری قراضه دست دوّم با عمر بالا و مستهلک شده به دلیل هزینه های بالای نگهداری و تعمیرات مقرون به صرفه نمی باشد.

– با توجه به نوع عملکرد تجهیزات فرآوری قراضه، خدمات پس از فروش‌ این دستگاه ها در ایران از اهمیت خاصی برخوردار می باشد.

^[۱] تعاونی فولاد سفید دشت

^[۲] با فرض قیمت متوسط ۵۶۰۰ تومان در کیلو برای شمش فولاد

^[۳] Institute of Scrap Recycling Industries انجمن صنایع بازیافت قراضه

^[۱] Adelca Case Study – Scrap Feed Efficiency

^[۲] گروه ملی صنعتی فولاد ایران