Tại Việt Nam cũng như các quốc gia khác trên thế giới, Thép là một loại vật liệu được sử dụng khá phổ biến trong sinh hoạt và sản xuất. Nó được sử dụng nhiều trong việc chế tạo các loại vật liệu nội thất gia đình… Cho đến vai trò gia tăng sự kiên cố cho các công trình xây dựng.

Dễ hiểu, bởi thép là sự kết hợp độc đáo giữa độ bền cao, hiệu quả và chi phí thấp. Chính vì sự tiện lợi đó, việc sản xuất ra thép đòi hỏi một quy trình nghiêm ngặt. Quá trình sản xuất khép kín chặt chẽ từ khâu đầu vào tới khâu cho ra sản phẩm. Vậy thép được sản xuất như thế nào ?

Tổng quan về quy trình sản xuất thép

Có 6 giai đoạn chính để sản xuất thép.

Không giống nhưng những đơn chất khác, thép là hợp kim với sự kết hợp giữa các nguyên tố như : Sắt (Fe) và cacbon (C)… Ngoài ra còn nhiều nguyên tố khác góp phần tạo thành thép như: đồng, silic, mangan, lưu huỳnh,… Thông thường Cacbon trong thép thường nhỏ hơn 25% tùy vào trọng lượng. Hay nói cách khác thép là quá trình nung chảy hỗn hợp Sắt- Cacbon và các nguyên tố khác.

Có hai quy trình chính để sản xuất thép đó là sản xuất bằng lò cơ bản và sản xuất bằng lò quang điện. Trong quá trình trước đây, quặng sắt là nguyên liệu chính. Trong một lò điện, sắt vụn được sử dụng và đôi khi cũng là sắt xốp. Bọt biển là một sản phẩm trung gian, được sản xuất từ ​​quặng sắt bằng phương pháp khử trực tiếp và sau đó được tiếp tục giảm và nung trong lò điện.

Nguyên tắc sản xuất thép

Về nguyên tắc, sản xuất thép là một quá trình nóng chảy, tinh chế và hợp kim được thực hiện ở khoảng 1.600 ° C (2.900 ° F) trong điều kiện nóng chảy. Các phản ứng hóa học khác nhau được bắt đầu, theo trình tự hoặc đồng thời, để đến các thành phần hóa học và nhiệt độ được chỉ định. 

Quá trình này gồm nhiều phản ứng đan xen nhau, đòi hỏi phải sử dụng các mô hình quy trình để giúp phân tích các lựa chọn, tối ưu hóa các phản ứng để đi đến một quy trình hiệu quả nhất.

Giai đoạn 1: Xử  lý quặng sắt

Trong quy trình sản xuất thép, công đoạn đầu tiên chính là xử lý quặng. Người ta sẽ đưa các loại quặng được khai thác dưới lòng đất như quặng viên, quặng sắt, quặng thiêu kết và các chất phụ gia như than cốc, đá vôi, thép phế liệu,… vào từ phần đỉnh của lò nung. Tại đây, hỗn hợp các loại nguyên vật liệu này sẽ được nung nóng trong một mức nhiệt độ nhất định; để tạo thành dòng kim loại nóng chảy.

Cụ thể, nhiệt độ trong lò sẽ gia tăng lên tới khoảng 2000ºC, quặng sắt sẽ trở thành thép đen nóng chảy ở dưới lò. Trong thép đen chứa Cacbon, Silic, Lưu Huỳnh và nhiều thành phần tạp chất khác. Sau đó, thép đen sẽ được tinh lọc lại một lần nữa để trở thành thép nóng nóng chảy nguyên chất.

Giai đoạn 2: Tạo dòng thép nóng chảy

Sau khi quặng được xử lí sẽ được đưa vào từ phần đỉnh của lò cao. Sau đó thổi khí nóng vào dưới lò. Việc đốt cháy than cốc dẫn đến khí Cacbon monoxit( CO) phát sinh. Khi nhiệt độ trong lò lên đến 2000ºC, quặng sắt sẽ biến đổi thành thép nóng chảy ở dưới lò, gọi là thép đen nóng chảy.

Sau đó, thép đen sẽ được tinh lọc lại để trở thành thép nóng chảy nguyên chất.

Các phương pháp luyện thép sơ cấp khác nhau giữa các phương pháp lò cơ bản và hồ quang điện. Phương pháp lò cơ bản thêm thép phế liệu tái chế vào sắt nóng chảy trong một bộ chuyển đổi. Ở nhiệt độ cao, oxy được thổi qua kim loại, làm giảm hàm lượng carbon xuống từ 0-1,5%.

Các phương pháp hồ quang điện, thay vào đó, cung cấp phế liệu thép tái chế thông qua việc sử dụng hồ quang điện công suất cao (nhiệt độ lên tới 1650 ° C) để làm nóng chảy kim loại và chuyển đổi nó thành thép chất lượng cao. 

Giai đoạn 3: Chế tạo thép thứ cấp

Chế tạo thép thứ cấp liên quan đến việc xử lý thép nóng chảy được sản xuất từ ​​cả hai tuyến lò cơ bản và hồ quang điện để điều chỉnh thành phần thép. Việc này được thực hiện bằng cách thêm hoặc loại bỏ một số yếu tố không cần thiết nhất định. Hoặc điều chỉnh nhiệt độ và môi trường sản xuất, phụ thuộc vào các loại thép cần thiết, có thể sử dụng các quy trình luyện thép thứ cấp sau:

Khuấy -> Lò nung -> Tiêm múc -> Khử khí -> CAS-OB (Điều chỉnh thành phần bằng bọt khí argon kín với thổi oxy)

Giai đoạn 4: Đúc liên tục

Trong bước này, thép nóng chảy được đúc thành khuôn nguội, làm cho vỏ thép mỏng cứng lại. Các sợi vỏ được rút bằng cách sử dụng cuộn hướng dẫn và làm mát hoàn toàn và hóa rắn. Các sợi được cắt thành độ dài mong muốn tùy thuộc vào ứng dụng; tấm cho các sản phẩm phẳng (tấm và dải), nở cho các phần (dầm), phôi cho các sản phẩm dài (dây) hoặc dải mỏng.

Giai đoạn 5: Hình thành sơ cấp

Thép được đúc sau đó được tạo thành nhiều hình dạng khác nhau, thường bằng cách cán nóng. Một quá trình loại bỏ các khuyết tật của vật đúc và đạt được hình dạng và chất lượng bề mặt cần thiết. Các sản phẩm cán nóng được chia thành các sản phẩm phẳng, sản phẩm dài, ống liền mạch và các sản phẩm đặc biệt.

Giai đoạn 6: Sản xuất, chế tạo và hoàn thiện

Cuối cùng, các kỹ thuật tạo hình thứ cấp mang lại cho thép hình dạng và tính chất cuối cùng. Những kỹ thuật này bao gồm:

• Tạo hình (ví dụ như tạo ra dao, chén, dĩa, thớt,…).
• Gia công (ví dụ như  mũi khoan).
• Lớp phủ (ví dụ mạ điện).
• Xử lý nhiệt.