تاریخچه از اول فولاد

تولید فولاد در جهان باستان و میانه

در جهان باستان، به ویژه در ایران، هندوستان، چین و برخی مناطق خاورمیانه و مدیترانه، تکنیک‌های خاصی برای تولید فولاد توسعه یافت. یکی از شناخته‌شده‌ترین نمونه‌ها، فولاد «ووتز» (Wootz) هندی ورق روغنی تهران  است که از قرون نخست ورق روغنی آهن مکان پیش از میلاد تا دوره‌های میانه تولید می‌شد. فولاد ووتز که به خاطر الگوهای مارپیچی و خواص مکانیکی برجسته‌اش شهرت داشت، از طریق فرآیندهای ورق گالوانیزه شادآباد کوره‌ای و کنترل شده به دست می‌آمد و به نرمی شمشیرهایی بسیار تیز و مقاوم تبدیل می‌شد. ورق گالوانیزه فولاد غرب تجار اسلامی و اروپایی از طریق مسیرهای تجاری با این فولاد آشنا شدند و حتی هنوز هم در مطالعات متالورژیکی به عنوان شاهکاری از فنون سنتی هند مورد ارزیابی است.

در ایران نیز فنون آهنگری از دوران هخامنشی و ساسانیان وجود داشت. شمشیرها، ابزار و ادوات نظامی، و همچنین سازه‌های شهرسازی و کشاورزی با استفاده از آهن و فولاد تولید می‌شدند. در دوران اسلام، صنعت فلزکاری در مناطق مختلف گسترش یافت و متون علمی و فنی مانند آثار جابر بن حیان و دیگر دانشمندان حاوی‌ نکاتی در زمینه آتش و فلزکاری بود که به بهبود فرآیندها کمک کرد.

در چین، تکنیک‌های متالورژیکی خاص خود شامل ریخته‌گری آهن و تولید چدن توسعه یافت. چدن ذوب شده در کوره‌های بلند و سپس به اشکال مختلف ریخته می‌شد؛ اما تولید فولاد با کیفیت نیازمند فرایندهای تکمیلی، از جمله ضرب و خمکاری و تراکم حرارتی بود. در اروپا نیز، در سده‌های میانه، آهنگری به تدریج پیشرفت کرد و زنجیره‌ای از صنایع کوچک و کارگاه‌های محلی شکل گرفتند.

با وجود این پیشرفت‌ها، تولید فولاد به شیوه‌های سنتی محدود بود: کوره‌های کوچک (کوره‌های باداف) و فرایندهایی که تنها تولید مقادیر محدود و با کیفیت متغیر را ممکن می‌ساختند. این روش‌ها برای تأمین ابزارها و سلاح‌ها کافی بودند، اما ظرفیت صنعتی‌سازی و تأمین نیازهای بزرگ‌مقیاس را نداشتند.

۳. تحولات پیشاانقلاب صنعتی: کوره‌های بلند و پیشرفت‌های تکنیکی

در قرن‌های شانزدهم تا هجدهم، در اروپا و آمریکای شمالی تغییرات مهمی در فنون تولید آهن و فولاد رخ داد. یکی از این تحولات، توسعه کوره بلند (blast furnace) بود که به تولید چدن از سنگ آهن با مصرف ذغال چوب یا زغال معدنی منجر می‌کرد. چدن حاصل به دلیل کربن بالایش شکننده بود، اما به عنوان ماده اولیه برای تولید فولاد یا ریخته‌گری قطعات سنگین اهمیت داشت.

راهکارهایی مانند تبدیل چدن به آهن فرفورژه (wrought iron) یا استفاده از عملیات ضرب و جوش باعث می‌شد مواد به شکل‌های عملی‌تری تبدیل شوند. همچنین معرف شدن زغال سنگ و سپس زغال سنگ کک‌شده به جای زغال چوب، امکان افزایش ظرفیت کوره‌ها و ایجاد واحدهای بزرگ‌تر را فراهم آورد. این تغییر جریان تأمین سوخت، هم زمینه‌ساز افزایش تولید و هم آغازگر مسائل زیست‌محیطی مانند قطع جنگل‌ها برای تأمین زغال چوب بود که در نهایت فشار به استفاده از زغال سنگ را افزایش داد.

با این حال، روند تولید فولاد هنوز ناکارا برای تولید انبوه و یکپارچه بود تا اینکه نوآوری‌های بنیادینی در اوایل عصر صنعتی ظاهر شدند.

۴. انقلاب صنعتی و اختراع فرآیندهای مدرن فولادسازی

انقلاب صنعتی که از اواخر قرن هجدهم در بریتانیا آغاز شد، زمینه را برای تغییرات بنیادی در تولید فولاد و آهن فراهم کرد. در این دوره چند دستاورد مهم رخ داد که به تحول کامل صنعت فولاد انجامید:

• اختراع کوره های بزرگ و بهبود طراحی کوره بلند باعث شد تولید چدن افزایش یابد.
• استفاده از ماشین‌آلات بخار و انرژی متمرکز موجب شد فرآیندها مکانیزه و بهینه شوند.
• اما نقطه عطف واقعی، توسعه فرآیندهایی بود که امکان تبدیل چدن و آهن خام به فولاد با کیفیت و به صورت اقتصادی را فراهم ساختند.

دو اختراع کلیدی در این رابطه عبارت‌اند از:

1. فرآیند بیسمر (Bessemer Process): در دهه 1850، هِنری بیسمر با معرفی کوره‌ای که از طریق دمیدن هوا در چدن مذاب مقدار زیادی از ناخالصی‌ها، به ویژه کربن را حذف می‌کرد، انقلابی در تولید فولاد به‌وجود آورد. این روش تولید فولاد را سریع‌تر و ارزان‌تر کرد و فولاد را به یک کالای صنعتی در دسترس تبدیل نمود. فولاد بیسمر، با کربن پایین و خواص مکانیکی مناسب، کاربردهای گسترده‌ای در ریلی‌سازی، پل‌سازی، ساختمان و صنایع سنگین یافت.
2. فرآیند اوستن وادزورث (Open-hearth) و سپس تکنیک‌های پسینی مانند فرآیند کنورد (Kroll) و اِلکترواسلاک (Electroslag) به تدریج توسعه یافتند. فرآیند کُک (שם?)—در این فرآیند استفاده از کوره‌های باز یا بسته با کنترل بهتر عناصر آلیاژی بهبود یافت. فرآیندهای بازپذیری مانند کوره باز (open-hearth) در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم محبوبیت یافتند زیرا امکان تولید فولادی با کنترل بهتر ترکیب شیمیایی را می‌دادند.

در اواخر قرن نوزدهم، با توسعه صنعت ریلی و رشد شهرنشینی و ساخت پل‌ها و ساختمان‌های بلند، تقاضا برای فولاد افزایش یافت. فولاد به عنوان ماده‌ای با مقاومت بالا، انعطاف‌پذیری در شکل‌دهی و قابل بازیافت بودن، انتخابی ایده‌آل برای معماران و مهندسان شد. برج ایفل (1889) و پل‌های عظیم ریلی نمونه‌هایی از استفاده گسترده فولاد در سازه‌ها بودند.

۵. قرن بیستم: صنعتی‌سازی، نوآوری‌های متالورژیکی و جهانی‌شدن صنعت فولاد

قرن بیستم شاهد تحولاتی شگرف در صنعت فولاد بود؛ از یک‌سو استفاده از فولاد در جنگ‌ها و بازسازی پس از آن و از سوی دیگر توسعه فناوری‌های نوین تولید و آلیاژسازی. چند نکته مهم در این دوره عبارت‌اند از:

• انقلاب در روش‌های تولید: فرآیند کنورتور اکسیژن پایه (Basic Oxygen Furnace, BOF) در دهه 1950 میلادی معرفی شد و در مقایسه با روش‌های قدیمی‌تر، تولید فولاد را سریع‌تر و با مصرف انرژی کمتر ممکن ساخت. به‌تدریج، قوس الکتریکی (Electric Arc Furnace, EAF) نیز به عنوان روشی مؤثر برای ذوب قراضه و تولید فولادهای با کیفیت ویژه توسعه یافت.
• گسترش تولید و تقاضا: پس از جنگ جهانی دوم، بازسازی و توسعه صنعتی کشورها سبب افزایش تقاضای فولاد شد. کشورهایی مانند ایالات متحده، آلمان، اوکراین و ژاپن به مراکز بزرگ تولید فولاد تبدیل شدند. در نیمه دوم قرن بیستم، کشورهای در حال توسعه نیز با توسعه زیرساخت‌ها و صنایع سنگین به تولیدکنندگان مطرح فولاد تبدیل شدند.
• آلیاژسازی و فولادهای خاص: پیشرفت‌های علم متالورژی منجر به توسعه فولادهای آلیاژی، فولادهای ضدزنگ (استنلس استیل)، فولادهای پرمقاومت با وزن کمتر و فولادهای ابزار شد. افزودن عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل، مولیبدن و وانادیم به آهن باعث شد فولادهایی با خواص مکانیکی، مقاومت به خوردگی و حرارت بسیار بهبود یابند. فولادهای ضدزنگ که از دهه 1910 به بعد توسعه یافتند، نقش مهمی در صنایع شیمیایی، غذایی و پزشکی ایفا کردند.
• مکانیزاسیون و کنترل کیفی: با ورود فناوری‌های اندازه‌گیری، کنترل فرآیند و اتوماسیون، کیفیت تولید فولاد افزایش یافت و تولیدکنندگان توانستند فولادهایی با خواص یکنواخت و مطابق با استانداردهای بین‌المللی عرضه کنند.
• اثرات زیست‌محیطی و بازیافت: رشد تولید فولاد پیامدهای زیست‌محیطی نیز داشت؛ استخراج و ذوب سنگ‌آهن و استفاده از سوخت‌های فسیلی منجر به آلودگی هوا و مصرف بالای انرژی شد. در پاسخ به این مسائل، بازیافت قراضه‌های فولادی و استفاده از کوره‌های قوس الکتریکی به عنوان راهکارهایی برای کاهش مصرف انرژی و آلاینده‌ها محبوب شدند. همچنین تلاش‌های پژوهشی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و توسعه فرآیندهای کم‌انرژی‌تر ادامه یافت.

۶. نقش فولاد در توسعه اقتصادی و اجتماعی

فولاد به عنوان ماده‌ای بنیادی در توسعه زیرساخت‌ها، حمل‌ونقل، ساخت و ساز و صنایع پیشرفته نقش تعیین‌کننده‌ای داشت. ساخت پل‌ها، خطوط راه‌آهن، ساختمان‌های مرتفع، کشتی‌ها، لوله‌کشی نفت و گاز، ماشین‌آلات و خودروها عمدتاً بر صنعت فولاد تکیه داشتند. به عبارتی، توسعه اقتصادی کشورها به میزان قابل توجهی با ظرفیت تولید فولاد مرتبط بوده است.

به علاوه، صنعت فولاد کارآفرینی و اشتغال گسترده‌ای را به همراه داشته و موجب پیدایش جوامع صنعتی و شهرهای جدید در نزدیکی معادن و کارخانه‌ها شده است. در بسیاری از کشورها، مناطق فولادخیز تبدیل به مراکز اقتصادی شده و سیاست‌های صنعتی و تجاری کشورها را تحت تأثیر قرار داده‌اند.

در سطح علمی و فناورانه نیز، مطالعات در زمینه خواص مواد، متالورژی فرآیندی و مهندسی متالورژی از بابت نیاز به بهبود فولادها تسریع یافتند و دانشگاه‌ها و مراکز پژوهشی به توسعه دانش در این حوزه پرداختند.

۷. فولاد در عصر معاصر: چالش‌ها و فرصت‌ها

در قرن بیست‌ویکم، صنعت فولاد با چالش‌ها و فرصت‌های جدیدی روبرو است که برخی از آن‌ها عبارت‌اند از:

• افزایش تقاضا و رقابت جهانی: کشورهای نوظهور آسیایی، به ویژه چین، هند و کره جنوبی، به تولیدکنندگان عمده فولاد تبدیل شده‌اند و تعادل عرضه و تقاضا در بازار جهانی را دگرگون کرده‌اند. چین به‌ویژه در دهه‌های اخیر به بزرگ‌ترین تولیدکننده فولاد جهان تبدیل شده است که این امر پیامدهایی برای قیمت‌ها و صنایع فولادی دیگر کشورها داشته است.
• فشارهای زیست‌محیطی و کاهش آلاینده‌ها: صنعت فولاد یکی از صنایع پرمصرف انرژی و تولیدکننده گازهای گلخانه‌ای است. بنابراین کاهش انتشار CO2، توسعه فرآیندهای هیدروژن‌محور (production of direct reduced iron using hydrogen) و استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر و کم‌انتشار از اولویت‌های جدید صنعتی و پژوهشی به شمار می‌آیند. سیاست‌های بین‌المللی و ملی برای مقابله با تغییرات اقلیمی، شرکت‌های فولاد را به سرمایه‌گذاری در فناوری‌های پاک‌تر و افزایش بازیافت تشویق می‌کند.
• نوآوری در مواد و کاربردها: توسعه فولادهای نانو، فولادهای بهینه‌شده با ساختار میکرو و متالوژیکی کنترل‌شده، و ترکیب فولاد با دیگر مواد (مانند کامپوزیت‌ها) افق‌های جدیدی برای کاربردهای پیشرفته فراهم کرده است. در صنایع خودرو، هوافضا و انرژی‌های تجدیدپذیر، نیاز به فولادهایی با نسبت استحکام به وزن بالا و خواص ویژه افزایش یافته است.
• اقتصاد دایره‌ای و بازیافت: به‌دلیل ماهیت قابل بازیافت فولاد، تمرکز بر ایجاد چرخه‌های بازیافت کارآمد و جلوگیری از هدررفت منابع رشد یافته است. بازیافت فولاد نه تنها مصرف انرژی را کاهش می‌دهد، بلکه نیاز به استخراج مواد اولیه معدنی را نیز کم می‌کند.

۸. جنبه‌های فرهنگی و نمادین فولاد

فولاد تنها یک ماده فنی نیست؛ بلکه بار نمادین و فرهنگی فراوانی نیز دارد. فولاد به عنوان نمادی از قدرت، استحکام، پایداری و مدرنیته در متون ادبی، هنر، معماری و نمادهای ملی دیده می‌شود. در بسیاری از جوامع، کارخانه‌های فولاد و برج‌های فلزی به نمادی از توانمندی صنعتی و پیشرفت ملی تبدیل شده‌اند. همچنین، در ادبیات و هنر مدرن، اشیاء ساخته‌شده از فولاد (مانند پل‌ها و سازه‌ها) به تجسم ایده‌هایی چون نظم، سرعت و پیشرفت بدل شده‌اند.

۹. چشم‌انداز آینده

آینده فولاد و صنعت آن به ترکیبی از فناوری، سیاست و بازار بستگی دارد. سه روند کلیدی که ممکن است شکل‌دهنده مسیر آینده باشند عبارت‌اند از:

• گذار به تولید کم‌کربن: توسعه فناوری‌های کم‌انتشار مانند تولید فولاد با استفاده از هیدروژن سبز، استفاده گسترده‌تر از بازیافت فولاد و بهینه‌سازی مصرف انرژی، از عوامل کلیدی کاهش اثرات زیست‌محیطی هستند.
• سفارشی‌سازی و فولادهای پیشرفته: با پیشرفت فناوری‌های تولید افزایشی (مانند پرینت سه‌بعدی فلزی) و توانایی کنترل میکروساختارها، تولید فولادهای سفارشی با خواص ویژه برای صنایع خاص افزایش خواهد یافت.
• دیجیتال‌سازی و صنعت 4.0: استفاده از اینترنت اشیاء، یادگیری ماشین و تحلیل داده‌ها در خطوط تولید فولاد منجر به بهبود کارایی، کاهش هدررفت و افزایش کیفیت خواهد شد.

همچنین، تغییرات ژئوپولتیک و تجارت جهانی می‌تواند الگوهای تولید و عرضه فولاد را تحت تأثیر قرار دهد؛ سیاست‌های تعرفه‌ای، ملاحظات زیست‌محیطی و نیاز به امنیت تامین مواد اولیه، می‌توانند جهت‌گیری این صنعت را تعیین کنند.

۱۰. نتیجه‌گیری

تاریخچه فولاد داستانی از تحول مداوم فناوری و تطابق آن با نیازهای اقتصادی و اجتماعی انسان است. از کوره‌های ساده و آهن‌های اولیه تا فرآیندهای پیشرفته کنونی، مسیر تولید فولاد نشان‌دهنده تلاش بشریت برای ترکیب علم با مهارت‌های عملی به‌منظور ایجاد ماده‌ای همه‌منظوره و حیاتی بوده است. فولاد نه تنها ساختارهای فیزیکی جهان مدرن را شکل داده، بلکه در توسعه اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی جوامع نیز نقشی تعیین‌کننده داشته است. در آینده نیز، با چالش‌هایی چون تغییرات اقلیمی و نیاز به توسعه پایدار، صنعت فولاد باید با نوآوری و بازاندیشی در شیوه‌های تولید خود، مسیر تازه‌ای را برای ایفای نقش سازنده در جامعه جهانی جستجو کند.

(این مقاله به صورت کلی تاریخچه و تحولات کلیدی صنعت فولاد را در بر می‌گیرد. برای بررسی جزئیات فنی هر یک از فرآیندها، آمار تولید در دوره‌های زمانی مشخص یا مطالعات موردی کشوری خاص می‌توان به منابع تخصصی متالورژی و تاریخ اقتصادی مراجعه نمود.)

توجه! این مطلب یک رپورتاژ آگهی است و محتوای آن توسط تبلیغ دهنده نگارش شده است.
اکو رایز مسئولیتی در قبال صحت و سقم محتوای تبلیغاتی ندارد.