Sản xuất thép là một quá trình công nghiệp phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp giữa kỹ thuật tiên tiến và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt. Từ quặng sắt thô đến thành phẩm cuối cùng, mỗi giai đoạn đều ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng thép. Bài viết này phân tích chi tiết quy trình sản xuất thép hiện đại, bao gồm các công nghệ then chốt và xu hướng phát triển bền vững.
Xử lý quặng sắt
Quặng sắt là nguyên liệu chính trong sản xuất thép, thường chứa 50-70% sắt nguyên chất. Các mỏ quặng chất lượng cao như hematit (Fe₂O₃) và magnetit (Fe₃O₄) được ưu tiên khai thác để giảm chi phí xử lý.
Quy trình tuyển quặng
Quặng thô trải qua các bước nghiền, sàng và tuyển từ để nâng cao hàm lượng sắt. Công nghệ tuyển nổi giúp loại bỏ tạp chất silicat, nâng nồng độ sắt lên 60-65%. Mỗi tấn quặng sau tuyển chỉ còn 2-3% tạp chất phi kim.
Chuẩn bị nguyên liệu nạp lò
Hỗn hợp nguyên liệu cho lò cao gồm:
- Quặng sắt đã tuyển (60-65% Fe)
- Than cốc (chất khử, cung cấp carbon)
- Đá vôi (chất trợ dung)
- Không khí giàu oxy (đốt nóng)
Tạo dòng thép nóng chảy
Gang lỏng từ lò cao chứa 3-4% carbon và nhiều tạp chất cần được tinh luyện. Hai công nghệ chính hiện nay là lò chuyển (BOF) chiếm 70% sản lượng toàn cầu và lò hồ quang (EAF) ngày càng phổ biến nhờ khả năng tái chế phế liệu.
Lò chuyển Basic Oxygen Furnace
Oxy tinh khiết 99% thổi vào gang lỏng ở 1650°C, oxy hóa carbon xuống 0-2%. Quá trình này giải phóng nhiệt, duy trì nhiệt độ nóng chảy mà không cần năng lượng bổ sung. Mỗi mẻ thép trong lò 300 tấn chỉ cần 40 phút xử lý.
Lò hồ quang điện EAF
Sử dụng phế liệu thép làm nguyên liệu chính. Hồ quang điện 4000°C từ điện cực graphite nóng chảy kim loại trong 1-2 giờ. Công nghệ này tiết kiệm 60% năng lượng so với BOF nhưng đòi hỏi lưới điện ổn định.
Đúc phôi thép
Thép lỏng được đúc liên tục thành ba dạng phôi chính: phôi thanh (billet) cho thép dây, phôi phiến (slab) làm thép tấm, và phôi bloom cho thép hình. Công nghệ đúc liên tục hiện đại cho phép đúc phôi dài 12m với tốc độ 4m/phút.
Hệ thống làm nguội
Phôi được làm nguội nhanh bằng hệ thống phun nước áp lực cao, đảm bảo cấu trúc vi mô đồng nhất. Tỉ lệ nguội 50°C/phút giúp hạn chế rỗ khí và nứt nhiệt. Các cảm biến nhiệt độ tích hợp kiểm soát chính xác quá trình kết tinh.
Cán thép
Phôi được gia nhiệt lại đến 1200°C trước khi cán. Nhà máy cán hiện đại gồm nhiều giá cán liên tiếp, mỗi giá giảm 20-30% độ dày. Công nghệ cán nóng cho độ bền cao, trong khi cán nguội tạo độ bóng bề mặt.
Phân loại sản phẩm cán
- Thép tấm (3-150mm)
- Thép cuộn (0.2-5mm)
- Thép hình (chữ I, U, V)
- Thép ống (hàn hoặc không hàn)
Kiểm tra chất lượng và hoàn thiện
Mỗi lô thép phải đạt 27 chỉ tiêu kỹ thuật theo TCVN 6285:2020. Các phương pháp kiểm tra bao gồm siêu âm phát hiện khuyết tật, đo độ cứng Rockwell và phân tích quang phổ thành phần hóa học.
Công nghệ chống ăn mòn
Lớp phủ bảo vệ được áp dụng tùy mục đích sử dụng:
- Mạ kẽm nhúng nóng (lớp dày 50-150μm)
- Sơn epoxy chống muối biển
- Phủ ceramic chịu nhiệt
- Mạ crom trang trí
Đóng gói và vận chuyển
Thép thành phẩm được bảo vệ chống ẩm bằng giấy dầu và buộc chặt bằng đai thép. Container chuyên dụng có lớp lót chống va đập giảm hư hỏng dưới 0.5%. Hệ thống RFID theo dõi nhiệt độ và độ ẩm trong suốt quá trình vận chuyển.
Xu hướng công nghệ mới
Ngành thép toàn cầu đang đầu tư vào:
- Lò EAF sử dụng hydro xanh
- Công nghệ CCUS thu CO₂
- Tái chế 100% phế liệu
- Trí tuệ nhân tạo tối ưu hóa
Việt Nam đặt mục tiêu giảm 20% phát thải CO₂ trong sản xuất thép đến 2030 thông qua các dự án chuyển đổi năng lượng và áp dụng công nghệ lò hồ quang hiện đại.
