شمش فولادی اولین محصول قابل حمل و جابه‌جایی به دست آمده از فرایندهای فولادسازی (پس از استخراج آهن و تولید فولاد خام) است که به‌صورت جامد و در ابعاد قابل حمل تولید می‌شود. در حقیقت فرایند شمش سازی یکی از فرایندهای میانی نورد فولادهاست که ماده‌ی اولیه‌ی صنایع پایین‌دستی را تولید می‌کند. شمش سازی، در اثر انجماد فلز مذاب در قالب انجام می‌شود و چندین هدف را دنبال می‌کند.
تعاریف مقدماتی از شمش فولادی
بعد از تبدیل سنگ آهن به فولاد خام یا آهن اسفنجی، پس از فولادسازی و تهیه مذاب فولاد در کوره القایی و یا کنورتور، شمش فولادی به عنوان یک محصول پیش‌ساخته با اشکال مختلف جهت مصارف گوناگون عرضه می‌شود که از انواع آن می‌توان به شمش، بیلت، بلوم و اسلب اشاره کرد که در ادامه به توضیح هریک می‌پردازیم.
شمش فولادی(ingot) قطعاتی مستطیلی بوده که اغلب سطح مقطع آن‌ها به دلیل قالب‌گیری دستی، سهولت در خارج کردن از قالب و حمل و نقل آسان، مطابق شکل ۱ به صورت ذوزنقه بوده و طول هر شاخه حداکثر به دو متر می‌رسد. این محصول عموماً در کارگاه‌های کوچک تولید می‌گردد.
انواع شمش
در صنایع بزرگ فولادی عموماً واژه شمش فولادی به انواع بلوم، بیلت یا اسلب اطلاق می‌گردد. هرکدام از این انواع شمش، برای تولید مقاطع خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
بیلت (Billet)
بیلت یا شمشال یک نوع شمش فولادی با طول زیاد و سطح مقطع مربع و یا دایره است. اگر حداکثر عرض شمش، ۱۵ سانتی‌متر و دارای سطح مقطع ۲۳۰ سانتی متر مربع باشد، به آن بیلت گفته می‌شود که معمولا برای تولید مقاطعی مانند میلگرد و انواع مفتول مورد استفاده قرار می‌گیرد.
بلوم (Bloom)
بلوم یا شمشه را می‌توان همان بیلتی دانست که عرضی بیشتر از ۱۵ سانتی‌متر داشته و دارای سطح مقطع بزرگ‌تری است مانند شکل ۲. از این جهت این دو محصول در یک دسته طبقه‌بندی می‌شوند.
بلوم، ماده اولیه تولید محصولاتی چون تیرآهن، انواع پروفیل، ناودانی و … است. طبیعتا قیمت شمش بلوم در بازار، بر سایر محصولات تولیدی از آن تاثیر دارد.اولین مسئله مهم در رابطه با شمش آهنی، شکل و اندازه آن است که برای مراحل بعدی فرایندهای شکل‌دهی قطعات اهمیت پیدا می‌کند. نکته‌ی بعدی درمورد نحوه‌ی شمش‌ریزی در قالب و انجماد مذاب داخل قالب است چراکه خواص فیزیکی و مکانیکی قطعات نهایی را تعیین می‌کند.
استاندارد شمش فولادی
شمش‌ها دارای گریدهای مختلفی از جمله۳SP-5SP (استاندارد روسی) وSt37-St52 (استاندارد DIN آلمان) است که با وجود درصدهای مختلف از عناصر گوناگون موجود در فولاد، دارای خواص مکانیکی متفاوت مثل انعطاف‌پذیری، خمش، کشش و پیچش بوده و کاربردهای متنوعی را می‌طلبد.
در ادامه پیش از بررسی روش تولید شمش فولادی مروری به مرحله قبل تولید آن‌ها یعنی استخراج آهن و تولید مذاب فولاد می‌پردازیم.
روش‌های تولید فولاد
پس از استخراج سنگ آهن ار معادن، با روش‌های مختلف، فلز آهن احیا و استخراج می‌شود. این روش‌ها عبارتند از:
- کوره بلند
- احیا مستقیم
- کوره تونلی
روش کوره بلند (Blast Furnace)
این روشی رایج در دنیا برای تولید فولاد است. در این روش سنگ آهن پس از اینکه گندله سازی شد، به همراه کک و آهک داخل کوره بلند ریخته می‌شود و آهن خام یا چدن (با میزان کربن بیشتر از ۲% ) به دست می‌آید.
سپس آهن خام در کوره کنورتر و به کمک دمش اکسیژن به فولاد مذاب تبدیل می‌شود. دمش اکسیژن همچنین باعث کاهش مقادیر عناصر نه چندان مناسب فسفر و گوگرد هم می‌شود. مذاب پس از رسیدن به ترکیب شمیایی مورد نظر به کمک پاتیل به بخش ریختگری انتقال می‌یابد.
احیا مستقیم (Direct reduction)
احیا مستقیم، روشی متداول در ایران است و با استفاده از سوخت گاز طبیعی در کوره‌های احیا انجام می‌شود. خروجی کوره احیا مستقیم آهن اسفنجی است که معمولا به صورت بریکت مورد استفاده قرار می‌گیرد. آهن‌های قراضه و مصرف شده را با سبد های مخصوص در کوره قوس الکتریکی می‌ریزند و بعد از آن، بریکت اهن اسفنجی را با مواد سرباره سازی مانند کک، آهک، بنتونیت، و… از بالا به کوره اضافه می‌کنند. شارژ کوره به کمک حرارت ناشی از قوس های الکتریکی ذوب می‌شود. مجددا ترکیب شیمیایی مذاب بررسی می‌شود تا به حالت مورد نظر برسد.
در ادامه، فولاد مذاب پس از جداسازی ناخالصی به واسطه‌ی پاتیل‌های حمل مواد مذاب، به واحد ریخته گری برده می‌شود. مذاب، داخل ظروفی به نام تاندیش ریخته می‌شود، سپس آن را داخل قالب مسی آب گرد و بر روی غلتکی قرار داده و با پاشیدن آب به خنک کردن آن اقدام می نمایند.