เตาชนิดใดที่ใช้ในการผลิตเหล็กอ่อน

6.9 การผลิตเหล็กหล่อ

      เหล็กหล่อ (Cast iron) มีกระบวนการผลิตโดยเปลี่ยนเหล็กดิบที่ได้จากเตาบลาสต์ ผ่านเตาหลอมเหล็กก็คือเตาคิวโพล่า หรือเตาเหนี่ยวนำไฟฟ้า จนกลายมาเป็นเหล็กหล่อ ส่วนวัสดุที่นำมาใช้ในกระบวนการนี้ก็คือ เหล็กดิบ, เศษเหล็กหรือเหล็กกล้า, หินปูน และเชื้อเพลิง ข้อดีของเหล็กหล่อมีดังนี้

o  เหล็กหล่อสามารถนำไปหล่อขึ้นรูป ชิ้นงานที่มีรูปร่างยุ่งยากซับซ้อน ให้ทำได้ง่าย ทั้งนี้ก็เพราะเหล็กถูกหลอมจนเป็นของเหลว และเทลงสู่แม่พิมพ์ ซึ่งแตกต่างจากเหล็กกล้าที่ออกมาเป็นรูปร่างโดยการรีดขึ้นรูป

o  เหล็กหล่อจะมีราคาสูงกว่าเหล็กกล้าเล็กน้อย เพราะต้องทำแม่พิมพ์หล่อ จุดคุ้มทุนของเหล็กหล่อจะอยู่ที่การผลิตเป็นจำนวนมาก ทำให้ต้นทุนการผลิตไม่ค่อยมีความแตกต่างกันเท่าไหร่นัก

o  เหล็กหล่อมีความสามารถในการการซึมซับแรงสั่นสะเทือนสูงกว่า จึงเหมาะนำมาใช้ทำโครงสร้างเครื่องจักรกล และชิ้นส่วนอุปกรณ์ขนาดใหญ่ ที่ทำหน้าที่เป็นส่วนรองรับแรงกระทำ หรือน้ำหนัก  

ดังนั้น ชิ้นงานส่วนมากที่ทำจากเหล็กหล่อมักจะมีขนาดใหญ่ และหนา เมื่อเปรียบเทียบชิ้นส่วนเครื่องกลที่ทำมาจากเหล็กกล้า ดูที่รูป

รูปเสื้อสูบเครื่องยนต์ ทำมาจากเหล็กหล่อ

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

6.9.1 เตาคิวโพล่า

      เตาคิวโพล่าถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมผลิตเหล็กหล่อ หลายสิบปีมาแล้ว เหล็กหล่อก่อนปี พ.ศ. 2510 แทบทั้งหมดถูกผลิตขึ้นมาจากเตาคิวโพล่า

รูปเตาคิวโพล่าขนาดเล็ก

รูปเตาคิวโพล่า 2

รูปแสดงภาพตัดภายในของเตาคิวโพล่า

วิดีโอแสดงการทำงานอย่างคร่าว ๆ ของเตาคิวโพล่าในอุตสาหกรรม

รูปเตาคิวโพล่าในโรงงานอุตสาหกรรมถลุงเหล็ก

รูปภาคตัดของเตาคิวโพล่า

      เตาคิวโพล่ามีลักษณะเป็นทรงกระบอกกลม และสูง ดูผิวเผินคล้ายกับเตาบลาสต์ขนาดเล็ก มีความสูงประมาณ 1 เมตร ไปจนถึง 10 เมตร เส้นผ่านศูนย์กลางภายในประมาณ 0.5 เมตร ไปจนถึง 4 เมตร เปลือกนอกทำมาจากเหล็กกล้า ส่วนผนังภายในก่อด้วยอิฐทนไฟ ป้อนใส่เหล็ก และวัสดุที่จะหลอมทางปล่องด้านบน ดูที่รูป

รูปการเติมวัสดุเพื่อทำการหลอมลงด้านบนของปล่องเตาคิวโพล่า

ที่ด้านล่างเตา มีอยู่ 2 ท่อปล่อยที่ยื่นออกมา ท่อปล่อยอันล่างสุดไว้ปล่อยน้ำเหล็กหล่อ ส่วนอีกท่อหนึ่งที่ตั้งสูงกว่าเล็กน้อยไว้ปล่อยขี้สแล็ก

รูปการปล่อยน้ำเหล็กหล่อจากเตาคิวโพล่าลงสู่กระบวยพร้อมที่จะนำไปที่แม่พิมพ์หล่อ

วิดีโอแสดงการหลอมเหล็กด้วยเตาคิวโพล่าขนาดเล็ก

      ถ่านโค๊กมีหน้าที่ให้ให้ความร้อน ถูกเติมเข้าไปเป็นอันดับแรก โดยเติมลงไปทางปากปล่องด้านบน ถ่านโค๊กจะถูกย่อยทำให้เป็นชิ้นเล็ก ๆ ตามด้วย เหล็กดิบ และหินปูนสลับกันไป เมื่อทำการจุดไฟเพื่อหลอมเหลวแล้ว ก็จะมีการเร่งความร้อนภายในเตาคิวโพล่า โดยจะใช้อากาศพ่นผ่าน กล่องลม (Wind box) และผ่านไทเยอร์ (Tuyeres) เร่งความร้อนให้เตา

รูปไทเยอร์ที่อยู่ด้านล่างของเตาคิวโพลามีหน้าที่พ่นอากาศใส่ในเตาเพื่อเร่งกระบวนการทำความร้อน

      ปกติแล้ว ที่ด้านล่างของเตาจะมีทรายอยู่ อุณหภูมิที่ด้านล่างมีอุณหภูมิถึง 2,040 องศาเซลเซียส (3,700 องศาฟาเรนไฮต์) ทรายจะบรรจุลงไปที่ก้นเตาล่างสุด จากนั้นก็จะมีถ่านโค๊ก โลหะ และหินปูนสลับกันไป ดังรูปด้านล่าง

รูปส่วนประกอบภายในของเตาคิวโพล่าขนาดใหญ่

      หินปูนทำหน้าที่เป็น ฟลักซ์ (Flux) ป้องกันสารมลทิน (เช่น ขี้เถ้าของถ่านโค๊ก, ทราย และสารแปลกปลอมต่าง ๆ) ไม่ให้รวมตัวกับน้ำเหล็ก แล้วถูกแยกตัวออกมาเป็นขี้สแล็ก หินปูนถูกป้อนเข้าสู่เตาคิวโพล่าพร้อมกับเหล็ก และเศษเหล็ก แบบคละเคล้ากันที่ปล่องด้านบนของเตา

วิดีโอแสดงกระบวนการการหล่อชิ้นงานจากเตาคิวโพล่าลงสู่แม่พิมพ์

(กระบวนการหล่อจะไม่ได้กล่าวในที่นี้เพราะเป็นเรื่องของงานผลิตไปแล้ว แต่ถ้ามีโอกาสจะได้กล่าวถึงต่อไป)

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“หลังผ่านปัญหา จะรู้ว่าปัญหานั้นเล็กนิดเดียว”

บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที

6.4.3 เตาโอเพนฮาร์ท (Open-Hearth Furnace)

      วิวัฒนาการที่สำคัญของกระบวนการเตาออกซิเจนพื้นฐาน รากฐานการพัฒนาอยู่ที่ กระบวนการผลิตของเตาโอเพนฮาร์ท ซึ่งเป็นวิธีการพื้นฐานของการผลิตเหล็กกล้า เตาโอเพนฮาร์ทนั้น ซึ่งถูกใช้งานมานานมากกว่า 50 ปี จนในวันนี้การนิยมใช้งานก็เริ่มน้อยแทบไม่ได้ใช้แล้ว  จึงมีเตาออกซิเจนพื้นฐาน และเตาอาร์คไฟฟ้าที่เป็นกระบวนการมาตรฐานในปัจจุบันมาแทนที่ ความแตกต่างของกระบวนการผลิตเหล็กกล้า 3 วิธีการ สามารถดูได้ในตารางที่ 6.2

เตาผลิตเหล็กกล้า

ต้นทุนเหล็กกล้า

นำไปใช้งาน

การประเมิน (ขึ้นอยู่กับปริมาณการผลิต)

เตาออกซิเจนพื้นฐาน

ต้นทุนต่ำ และประสิทธิภาพสูงที่สุด

เหล็กกล้าทั่วไป

1

เตาอาร์คไฟฟ้า

มีต้นุทนสูงมากกว่ากันเล็กน้อย

เหล็กกล้าพิเศษ และเหล็กกล้าผสมสูง

2

เตาโอเพนฮาร์ท

ต้นทุนต่ำ

เหล็กกล้าทั่วไป

3

ตารางที่ 6.2 แสดงการเปรียบเทียบกันของกระบวนการผลิตเหล็กกล้า หลัก ๆ 3 กระบวนการ

รูปภาพรวมของเตาโอเพนฮาร์ท

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

รูปเตาโอเพนฮาร์ท

รูปการเทน้ำเหล็กดิบลงไปในเตาโอเพนฮาร์ท

รูปแบบจำลองเตาโอเพนฮาร์ท

รูปเตาโอเพนฮาร์ทขณะกำลังหลอมเหล็ก

รูปกระบวนการหลอมเหล็กของเตาโอเพนฮาร์ท

รูปคนงานที่กำลังทำงานกับเตาโอเพนฮาร์ท

รูปการเทน้ำเหล็กที่หลอมเสร็จแล้วจากเตาโอเพนฮาร์ท

      เตาโอเพนฮาร์ทมองผิวเผินดูคล้ายกับ อ่างล้างมือ (Washbasin) แต่ก็มีบางคนมองดูคล้ายกับรูปหัวใจ (Heart) จึงเรียกว่าเตาโอเพนฮาร์ท (หัวใจเปิด) มีท่อปล่อยเปลวไฟเพื่อเผาไหม้เหล็กในเตา แล้วก็มีท่อปล่อยออกซิเจนเพื่อเพิ่มอุณหภูมิหลอมเหลว มีการป้อนเหล็กดิบ, เศษเหล็ก, หินปูน, เหล็กพิก และแร่เหล็กบางชนิด ป้อนใส่เข้าไปที่หัวใจขนาดยักษ์ ความร้อนภายในเตาถูกทำความร้อนอุณหภูมิสูงถึง 1700 °C (3000 °F) ภายในเตาขณะทำการหลอมเหลวจะเกิดการเผาไหม้อย่างรุนแรง, การเดือดปะทุของเหล็กหลอมดูน่าตื่นตา จนหลอมเสร็จก็จะได้เหล็กกล้าที่พร้อมที่จะนำไปแปรรูปเป็นเหล็กรูปพรรณ ตามรูปแบบที่ต้องการใช้งาน

      เตาโอเพนฮาร์ท สามารถผลิตเหล็กกล้าได้มากถึง 600 ตันในการให้ความร้อน 1 ครั้ง (หนึ่งรอบการทำงานที่เปลี่ยนเหล็กหลอมไปเป็นเหล็กกล้า) ในโรงงานผลิตเหล็กกล้าที่มีเตาโอเพนฮาร์ทส่วนใหญ่แล้ว จะจำนวนของเตาเป็นจำนวนมาก ซึ่งจะวางเรียงกันเป็นแถวเป็นแนว กำหนดเส้นทางป้อนน้ำเหล็กดิบ, การทำงานที่เตา และการปล่อยน้ำเหล็กที่หลอมเสร็จแล้วอย่างเป็นชัดเจน การวางเตามักจะวางยกขึ้นเหนือพื้นส่วนมากจะอยู่ที่ชั้นสอง ซึ่งสะดวกในการปล่อยขี้สแล็ก และน้ำเหล็กที่หลอมแล้ว

กระบวนการโอเพนฮาร์ท

      ก๊าซธรรมชาตินิยมนำมาให้ความร้อนแก่เตาโอเพนฮาร์ท จะถูกผสมกับอากาศ เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงทำความร้อนเตา แต่ก็มีบ้างที่ใช้น้ำมันเชื้อเพลิง, น้ำมันดิน(Tar) หรือแก๊สจากถ่านโค้ก ในกระบวนการวัฏจักรให้ความร้อนครั้งหนึ่งจะใช้เวลาถึง 10 ชั่วโมง เพื่อที่จะเกิดปฏิกิริยาหลอมละลาย ภายในเตาจะมีท่อปล่อยออกซิเจนเพื่อเพิ่มความร้อนให้แก่เตาในการหลอมโลหะ การไหลของแก๊สออกซิเจนจะพุ่งไปโดยตรงที่บริเวณการเผาไหม้ ออกซิเจนจะผสมกับเปลวไฟในเตาโอเพนฮาร์ท

รูปส่วนประกอบของเตาโอเพนฮาร์ท

วิดีโอการผลิตเหล็กโดยใช้เตาโอเพนฮาร์ท

      กระบวนการโอเพนฮาร์ทดูได้ในรูป และวิดีโอด้านบน หลังจากที่แก๊สได้เผาไหม้แล้วจะไหลผ่านห้องใจกลางของเผาไหม้ของเตาโอเพนฮาร์ท เหนือวัตถุที่กำลังหลอม แก๊สเผาไหม้จะถูกสะสมความร้อนเพื่อใช้ในการหลอมโลหะ ที่ห้องที่มีอิฐทนไฟเรียงกันอย่างซับซ้อนที่เรียกกันว่า หอตรวจสอบ (Checker Chamber) อยู่ที่ปลายทั้งสองฝั่งของเตา โดยแก๊สจะต้องวิ่งผ่านหอตรวจสอบนี้เพื่อสะสมความร้อนก่อนวิ่งเข้าไปหลอมโลหะ จะมีอุณหภูมิถึง 3000°F (1650°C) การปล่อยให้แก๊สร้อนวิ่งผ่านเตาด้านหนึ่งจะใช้เวลาประมาณ 15 – 20 นาที จากนั้นก็จะมีการสลับการด้านปล่อยแก๊สไปอีกปลายด้านหนึ่งของเตา ในการสลับการด้านการปล่อยแก๊สร้อนนี้ก็เพื่อ ไม่ให้หอตรวจสอบทำงานด้านเดียวหนักเกินไป, เพิ่มประสิทธิภาพของเตา และช่วยลดมลพิษที่สะสมที่จะถูกปล่อยออกมาจากเตาหลอม การทำงานของหอตรวจสอบจะมีการสลับการทำงานกันทุก ๆ 15 – 20 นาที

      การเติมเหล็กหลอมเพิ่มเข้าไปในเตาโอเพนฮาร์ท จะกระทำได้ก็ต่อเมื่อ เหล็กที่ป้อนก่อนหน้านี้เป็นของเหลวแล้ว เหล็กที่ถูกหลอมแล้วจะถูกเทลงท่อออกสู่ถังขนาดใหญ่ จากนั้นก็จะทำการเติมธาตุต่าง ๆ ที่จะผสมอยู่ในเหล็กเป็นขั้นตอนสุดท้ายในกระบวนการหลอม

      หลังจากนั้นก็ทำการปล่อยเหล็กที่หลอมเสร็จแล้ว ลงสู่ถัง เหล็กกล้าจะไหลผ่านไปตามราง ในระหว่างที่ไหลจะเกิดประกายไฟแตกกระเด็นคล้ายกับดอกไม้ไฟ ขี้สแล็กจะลอยอยู่บนถัง และจะถูกตักออกลงไปที่ หม้อเก็บขี้สแล็ก (Slag pot)

รูปการเทเหล็กกล้าที่หลอมเสร็จแล้วลงสู่ถังและที่ด้านบนถังจะมีจะงอยปากเพื่อปล่อยขี้สแล็กลงไปสู่หม้อเก็บขี้สแล็ก

เมื่อได้เหล็กกล้าหลอมแล้ว กระบวนการต่อไปจะนำเหล็กหลอมจากถังไปเทลงสู่ แม่พิมพ์อินก็อท (Ingot molds) จนกระทั่งเย็นตัวลง ซึ่งมันจะมีรูปร่างตามแบบแม่พิมพ์ที่เทลงไป

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“ผู้ที่ยิ่งใหญ่ที่สุด คือ ผู้ที่ทำตนให้เล็กที่สุด ผู้ที่เล็กที่สุดก็จะกลายเป็นผู้ที่ใหญ่ที่สุด

ผู้ที่มีเกียรติ คือ ผู้ที่ให้เกียรติผู้อื่น”

ขงเบ้ง

บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที