42 การผลิตเหล็กกล้าด้วย เตาออกซิเจนพื้นฐาน

6.3.2 โลหะร้อน หรือ เหล็กดิบ

      เหล็กหลอมเหลวที่ได้จาก เตาบลาสต์ เราจะเรียกมันว่า โลหะร้อน (Hot metal) หรือ เหล็กดิบ (Pig iron) เมื่อได้เหล็กดิบแล้ว กระบวนการต่อไป จะแยกออกไปเป็นสองทาง ก็คือ ทางแรกนำเหล็กดิบไปผลิตเป็นเหล็กกล้า และอีกทางหนึ่งก็คือนำเหล็กดิบเอาไปผลิต เหล็กหล่อ

      ในการผลิตเหล็กกล้า เหล็กหลอมที่มาจากเตาบลาสต์ก็จะมีเส้นทางลำเลียง และถูกเทลงไปใน กระบวยตัก (Ladles) แล้วเทลงไปในเตาผลิตเหล็กกล้า ดูที่รูป

รูปกระบวยตักกำลังเทเหล็กหลอมลงไปในที่เตาออกซิเจนพื้นฐาน

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

ในระหว่างการเดินทางจากเตาบลาสต์มาที่ ปากปล่องของเตาผลิตเหล็กกล้า สถานะของโลหะร้อนจะอยู่ในรูปของของเหลว และยังไม่แข็งตัว 

      การทำเหล็กหล่อ  หลังจากที่ถ่ายออกมาจากรถลำเลียงแล้ว ก็จะถูกทำให้เหล็กเย็น และแข็งตัวกลายเป็นแท่ง เหล็กดิบถูกเปลี่ยนแปลงตามรูปร่างตามแบบหล่อทราย การทำเป็นแท่งก็คล้ายกับการอนุบาลเหล็กดิบก่อนที่จะเข้าสู่เตาหลอม ซึ่งแต่ละแท่งจะมีน้ำหนักไม่น้อยกว่า 20 กิโลกรัม 

รูปร่างของเหล็กดิบ หรือเหล็กพิกถูกทำให้เย็น และแข็งตัวก่อนที่จะนำไปทำเหล็กหล่อ

      เหล็กดิบถูกทำให้มีรูปร่างตามรูป เหล็กเหล่านี้ยังไม่สามารถนำไปใช้งานใด ๆ ได้ มันเป็นโลหะที่ไร้ค่า มันแข็งเปราะ และไม่แข็งแกร่ง แท่งเหล็กดิบจะมีความสำคัญมากในการนำไปผลิตเหล็กหล่อ

ในกระบวนการหล่อเหล็ก เหล็กดิบที่ถูกทำเป็นท่อนจะถูกนำเข้าไปหลอมในเตาเหนี่ยวนำ หรือเตาคิวโพล่าร์ ดูได้ในรูป

รูปตัวอย่างของเตาคิวโพลาที่ใช้ในการหลอม และทำความบริสุทธิ์แก่เหล็กดิบ เพื่อทำเป็นเหล็กหล่อ

หลังจากผ่านการหลอมโลหะเหล่านี้จะถูกใช้ทำผลิตภัณฑ์เหล็กหล่อ

รูปตัวอย่างเสื้อสูบเครื่องยนต์ (Engine block) รถแข่งของฟอร์ด ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเหล็กหล่อ

รูปปากกาจับชิ้นงานที่ทำมาจากเหล็กหล่อ

6.4 เตาผลิตเหล็กเกล้า

      ในการผลิตเหล็กกล้ามีเตาหลอมอยู่หลายชนิด เตาหลอมเหล่านี้มีหน้าที่เปลี่ยนจากเหล็กหลอมเหลวให้กลายไปเป็นเหล็กกล้า เตาที่นิยมใช้ในปัจจุบันมีอยู่สองชนิดก็คือ เตาออกซิเจนพื้นฐาน (Basic Oxygen Furnace: BOF) และเตาอาร์คไฟฟ้า (Electric arc furnace)

รูปเตาออกซิเจนพื้นฐาน

รูปเตาอาร์คไฟฟ้า

      นอกจากสองชนิดที่ว่าแล้ว ก็ยังมี เตาโอเพนฮาร์ท (Open hearth furnace) และเตาเบสเซมเบอร์ (Bessemer converter) ในปัจจุบันเตาโอเพนฮาร์ทยังคงมีใช้กันอยู่ แต่ก็มีการใช้กันอย่างจำกัดไม่มาก ส่วนเตาเบสเซมเบอร์ไม่ค่อยมีการใช้งาน เพราะเกือบจะล้าสมัยแล้ว

รูปเตาโอเพนฮาร์ท

รูปเตาเบสเซมเบอร์

รูปกระบวนการหลอมเหล็กในเตาเบสเซมเบอร์

วิดีโอการผลิตเหล็กกล้า

6.4.1 เตาออกซิเจนพื้นฐาน

      เตาออกซิเจนพื้นฐาน (BOF) ค่อย ๆ ถูกนำมาแทนที่เตาโอเพนฮาร์ทที่ยังคงมีการใช้งานเหลืออยู่ในปัจจุบัน ข้อได้เปรียบของเตาออกซิเจนพื้นฐาน อยู่ที่ราคาต้นทุนการผลิตไม่แพง และยังกระบวนการผลิตเหล็กก็มีความรวดเร็ว

รูปกระบวยตักกำลังป้อนน้ำเหล็กเข้าไปยังเตาออกซิเจนพื้นฐาน

รูปปากปล่องเตาออกซิเจนพื้นฐาน

รูปกระบวยตักกำลังลำเลียงน้ำเหล็กดิบ

      เตาออกซิเจนพื้นฐาน สามารถผลิต เหล็กกล้าได้ถึงชั่วโมงละประมาณ 300 ตัน ซึ่งเร็วถึง 5-10 เท่า ของการผลิตในเตาโอเพนฮาร์ท ในเตาออกซิเจนพื้นฐาน จะมีการฉีดออกซิเจนเข้าสู่เตาด้วย ความเร็วเหนือเสียง (Supersonic) ซึ่งทำให้เตามีความร้อนเพิ่มขึ้นมาก คุณภาพของเหล็กกล้าที่ผลิตออกมาจากเตาออกซิเจนนั้นเหมือนกันกับเหล็กกล้าที่ผลิตออกมาจากเตาโอเพนฮาร์ท

วิดีโอแสดงกระบวนการผลิตเหล็กด้วยเตาออกซิเจน (แสดงภาพรวมจากแร่ ถูกผลิตจนกลายเป็นเหล็กกล้า)

กระบวนการผลิตเหล็กกล้าจากเตาออกซิเจนพื้นฐาน

รูปการป้อนน้ำเหล็กดิบเข้าเตาออกซิเจนพื้นฐาน ทำการหลอม และปล่อยน้ำเหล็กกล้าออกจากเตา

การป้อนน้ำเหล็กดิบเข้าสู่เตาออกซิเจนพื้นฐานกระบวนการทำงานมีความรวดเร็ว และเป็นสิ่งที่น่าตื่นตาตื่นใจมาก กระบวนการจะมีดังนี้

1.  เตาที่มีขนาดใหญ่ มีรูปร่างเหมือนลูกแพ มีช่องใส่ของเหลวรวมไปถึง เศษเหล็ก โดยตัวเตาทนทานต่อความร้อนสูง เตาสามารถหมุนได้รอบเพลา และที่ปลายด้านหนึ่งที่มีขนาดเล็ก สามารถเทน้ำเหล็กดิบ เข้าทางปากทางเตาได้

รูปภายในของเตาออกซิเจนพื้นฐาน

รูปการเทน้ำเหล็กดิบเข้าสู่เตาออกซิเจนพื้นฐาน

2.  กระบวยตักจะถูกลำเลียงเหล็กดิบที่มาจากเตาบลาสต์ด้วย เครนเหนือศีรษะ (Overhead crane) เคลื่อนที่มาเตาแล้วเทเหล็กหลอม (ประมาณ 300 ตัน) สู่ปากทางเข้าของเตาออกซิเจนพื้นฐาน

รูปเครนเหนือศีรษะกำลังยกกระบวยตักป้อนเข้าสู่เตาออกซิเจนพื้นฐาน

รูปการป้อนน้ำเหล็กดิบเข้าสู่เตาออกซิเจนพื้นฐาน

3.  ท่อปล่อยออกซิเจน (Lance) ยาวประมาณ 2 เมตร (6 ฟุต) ซึ่งตั้งอยู่เหนือผิวเหล็กดิบ ตัวท่อทำหน้าที่ปล่อยก๊าซออกซิเจนออกมาแบบกระแทกด้วยความเร็วเหนือเสียง เพื่อช่วยเพิ่มเปลวไฟ ก๊าซความดันสูงออกจะมาสัมผัสกับเปลวไฟภายในเตา เพิ่มอุณหภูมิภายในเตาให้สูงขึ้น ดูรูป

รูปตัวเตา มีท่อออกซิเจนความดันสูง พ่นปล่อยไปที่เหล็กหลอม และเศษเหล็ก ที่ความเร็วเหนือเสียงไหลผ่านท่อปล่อยออกซิเจน ซึ่งลงต่ำไปที่ เตาออกซิเจนพื้นฐาน

4.  เมื่อใส่น้ำเหล็กดิบ และเศษเหล็กเข้าไปแล้ว ก็ใส่หินปูน และฟลูออสปาร์ (Fluorspar: ธาตุชนิดหนึ่งมีส่วนประกอบของฟลูออรีน) (ศึกษาเพิ่มเติม) จากนั้นก็ทำการจุดไฟเพื่อหลอมเหลว สิ่งเหล่านี้ที่ใส่ลงไป จะผสมกับคาร์บอน ทำการหลอมจนเกิดสารมลทินในรูปแบบของสแล็ก การหลอมมีอุณหภูมิอยู่ที่ 1,650 °C (3,000 °F)

รูปเหล็กดิบ และเศษเหล็กที่กำลังหลอมอยู่ในเตา

5.  ขณะทำการหลอม ภายในเตาจะเกิดปฏิกิริยาเคมีอย่างรุนแรงตามมา การเกิดปฏิกิริยาเหล่านี้จะหลอมมวลต่าง ๆ เข้าด้วยกันอย่างต่อเนื่องใช้เวลาอย่างน้อย 20 นาที

6.  เมื่อปฏิกิริยาเคมีสิ้นสุดลง ท่อส่งปล่อยออกซิเจนก็จะหยุดไปด้วย จากนั้นเหล็กกล้าที่กำลังอยู่ในสถานะหลอมเหลวก็ถูกเทลงไปที่ ถังหลอมขนาดยักษ์ (Large ladle) ส่วนสแล็กจะถูกเทลงไปที่ถังเก็บขี้สแล็ก

รูปถังหลอมขนาดยักษ์บรรจุเหล็กกล้าเมื่อหลอมเสร็จ

7.  ขั้นตอนนี้จะมีการผสมธาตุต่าง ๆ ลงไปในน้ำเหล็กหลอม เพิ่มเติมหลังจากที่เหล็กหล้าถูกเทไปที่ถังหลอม

8.  จากนั้นถังหลอม ก็จะเคลื่อนที่ไปเพื่อนำน้ำเหล็กหลอม ไปทำเป็นเหล็กแท่ง หรือเหล็กอินก็อท โดยการเทเหล็กกล้าที่กำลังหลอม ถูกเทลงไปในแม่พิมพ์ เพื่อพร้อมที่จะนำไปทำเป็นเหล็กรูปพรรณต่าง ๆ

รูปเหล็กอินก็อทก่อนที่จะนำไปแปรรูปเป็นเหล็กรูปพรรณ

รูปห้องควบคุมการหลอมเหล็กกล้าด้วยคอมพิวเตอร์

กระบวนการผลิตจะถูกควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์ เพราะจะทำให้เกิดการคำนวณได้อย่างถูกต้องแม่นยำในการผสมธาตุต่าง ๆ ลงไปในวัสดุที่กำลังหลอม นอกจากนี้มันยังสามารถคำนวณเวลาในการหลอมเหลวเหล็กกล้า เตาออกซิเจนพื้นฐานปกติแล้วจะติดตั้งเป็นคู่ โดยเตาหนึ่งเตรียมวัตถุดิบ และอีกเตาหนึ่งก็ทำการหลอม ทั้งนี้ก็เพื่อไม่ต้องคอยกันสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“อย่ามัวมานั่งวิตกว่าเขากำลังจับผิดเรา เพราะนั่น หมายถึง เรากำลังจับผิดเขาอยู่”