เหล็ก...ใช้กันอยู่ทุกวัน รู้จักกันดีแค่ไหน...

เหล็ก...ใช้กันอยู่ทุกวัน รู้จักกันดีแค่ไหน...

ความลับของเหล็ก

ย้อนกลับไปเมื่อ4,000ปีก่อนมนุษย์ยุคหินใหม่บรรพบุรุษของบรรพบุรุษของบรรพบุรุษๆๆๆๆๆๆๆๆ ของเรา ได้เริ่มสร้างอารยะธรรมด้วยการนำแร่เฮมาไทต์ (Haematite) ซึ่ง เป็นอ๊อกไซด์ของเหล็ก มีลักษณะคล้ายเลือดแห้งซึ่งคนโบราญมักเรียกว่าก้อนดินเทศมาเขียนสีแดงบน ภาชนะดินเผาหรือบนร่างของคนตายในพิธีกรรมการฝังศพ ซึ่งก่อนจะนำแร่เฮมาไทต์ (Heamatite) มาใช้ต้องนำมาบดให้ละเอียด ผสมกับน้ำหรือกาวพอให้ติดกัน จากนั้นนำผงแร่ที่ผสมแล้วไปเขียนภาพ หรือใช้ทาลงบนฝ่ามือแล้วทาบลงบนผิวหินที่ต้องการให้เกิดภาพ และนั่นคือจุดเริ่มต้นของการค้นพบเหล็ก (Iron)

จากนั้นพวกฮิตไทน์(Hittites)ซึ่งเป็นอาณาจักรแรกของเขตอนาโตเลียในดินแดนตุรกีโบราณที่ปัจจุบันสาปสูญไปอย่างไร้ร่องรอยได้นำแร่ เหล็กมาถลุงมาเป็นเครื่องใช้ และเครื่องมือเหล็กโดยทั่วไปเป็นกลุ่มแรกในโลก เนื่องจากการถลุงและการผลิตเครื่องมือเครื่องใช้จากแร่เหล็ก ต้องใช้ความร้อนสูงกว่า1,100องศาเซลเซียส มากกว่าการถลุงทองแดงหรือโลหะอื่น การถลุงเหล็กจึงมีหลักฐานปรากฏตามชุมชนที่ตั้งถิ่นฐานแบบถาวรเท่านั้น

คนโบราญมีวิธีเอาเหล็กมาใช้ได้อย่างไรนะ?



การถลุงแร่เหล็กและการผลิตเครื่องมือเหล็กสมัยโบราญมี 2 วิธ๊คือ

· ขบวนการทางตรง (Direct Process) ซึ่งผลิตกันในสมัยโบราณในยุโรป อัฟริกาและเอเชีย การ ถลุงทางตรงเป็นการถลุงโดยใช้เตาของ Bloomery furnaceโดยเริ่มต้นจากการนำแร่เหล็กที่ยังไม่บริสุทธิ์ผสมกับเชื้อเพลิงซึ่ง โดยทั่วไปก็คือถ่านและนำไปเผาในเตานำเชื้อเพลิงสุมลงไปเร่งความร้อนให้ อุณหภูมิถึง 1,200 องศาเซลเซียสจนแร่เหล็กมีความอ่อนตัวและแยกตัวออกจนเป็นก้อน ส่วนผสมที่ไม่บริสุทธิ์จะถูกแยกทิ้งเรียกว่าเศษขี้แร่ (Slag) หรือตะกรัน ก้อนแร่เหล็กที่อยู่ในเตาก็จะถูกนำมาตีเป็นเครื่องใช้ขึ้นรูปในขณะที่ยัง ร้อนอยู่โดยช่างตีเหล็ก

· ขบวนการทางอ้อม(Indirect Process) ซึ่งชาวจีนรู้จักวิธีการดังกล่าวมาตั้งแต่ 2,500 ปีที่ผ่านมา โดยใช้เตาของ Blast furnace เป็นการใช้เชื้อเพลิงถ่านหรือถ่านหินผสมกับแร่เหล็กที่ยังไม่บริสุทธิ์เผาในเตาขนาดใหญ่ อุณหภูมิในจุดหลอมเหลวประมาณ 1,500 องศาเซลเซียส เหล็กก็จะมารวมตัวกันที่ก้นเตา ก่อนจะถูกนำเข้าใส่แม่พิมพ์ที่เตรียมไว้ก่อนหล่อหลอมเป็นเครื่องมือต้องมา ให้ความร้อนอีกครั้งหนึ่งโดยใช้ก๊าซออกซิเจนไล่คาร์บอนออก

ปัจจุบันการผลิตเหล็กไฮเทคขนาดไหน ?

ใน ปัจจุบันด้วยความต้องการในการใช้เหล็กในตลาดโลกที่เพิ่มมากขึ้น โดยเฉพาะประเทศที่กำลังพัฒนา ดังนั้นปัจจุบันอุตสาหกรรมเหล็ก จึงเป็นอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่มีการลงทุนที่มหาศาลเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์เหล็ก ที่มีคุณภาพตามความต้องการของลูกค้า ทำให้อุตสาหกรรมเหล็กแบบครบวงจร (Integrated Steel Works) สามารถแบ่งได้เป็น 3 ขั้นตอนหลัก ดังนี้

1. อุตสาหกรรมเหล็กขั้นต้น -ถลุงเหล็ก

ได้แก่ขั้นตอนการถลุงเหล็ก (Iron Making) เป็นการแยกเหล็กออกมาจากแร่เหล็กซึ่งอยู่ในรูปของออกไซด์ (Oxide) เพื่อให้ได้เหล็กที่มีปริมาณของสารมลทินต่างๆ น้อยลง อาจแบ่งลักษณะการถลุงเหล็กได้เป็น 2 กระบวนการใหญ่ๆ คือ

1.1 การใช้เตาถลุงแบบพ่นลม (Blast Furnace) โดยใช้อากาศร้อนพ่นเข้าไปในเตาถลุงซึ่งมีแร่เหล็กและโค้กคละกันอยู่ อุณหภูมิภายในเตาถลุงนี้จะสูงมากประมาณ 1,600 องศาเซลเซียส เหล็กที่ได้จึงเป็นเหล็กเหลว ซึ่งปกติแล้วจะหล่อออกมาเป็นแท่ง เรียกว่า เหล็กพิกหรือเหล็กถลุง (Pig lron) การถลุงเหล็กโดยวิธีนี้จะผลิตได้คราวละมากๆ จึงเหมาะสำหรับการผลิตขนาดใหญ่ซึ่งต้องใช้เงินลงทุนสูง

1.2 การใช้เตาถลุงอุณหภูมิต่ำ (Direct Reduction) โดยใช้ก๊าซที่เป็นรีดิวซิ่ง (reducing gas) เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ ไฮโดรเจน พ่นเข้าไปในเตาถลุงที่อุณหภูมิประมาณ 800-1,000 องศาเซลเซียส สารประกอบของเหล็กจะทำปฏิกิริยากับก๊าซเหล่านี้กลายเป็นเหล็กในสภาวะของแข็งเรียกว่า เหล็กพรุน (Sponge Iron) การผลิตเหล็กพรุนจะเป็นการผลิตขนาดเล็กเท่านั้น กระบวนการถลุงเหล็กแบบนี้มีหลายลักษณะและมีชื่อเรียกหลายอย่าง ซึ่งจะแตกต่างกันในรายละเอียดแต่จะอาศัยหลักการดังกล่าวข้างต้น

2. อุตสาหกรรมเหล็กขั้นกลาง -ผลิตเหล็กกล้า

ได้แก่ขั้นตอนการผลิตเหล็กกล้า (Steel Making) เป็นการลดปริมาณของธาตุมลทินและปรับปรุงส่วนผสมให้ได้ตามที่ต้องการ โดยนำเหล็กพิกที่ได้จากเตาถลุงไปแปรเปลี่ยนเป็นเหล็กกล้าในเตา Converter ประเภท Basic Oxygen Furnace (BOF) หรือโดยการนำเศษเหล็ก (Scrap) หรือเหล็กพรุน มาหลอมในเตาหลอมไฟฟ้า (Electric Arc Furnace) แล้วนำไปหล่อเป็นเหล็กแท่งชนิดต่างๆ ในเบ้าหล่อ (Ingot) หรือหล่อแบบต่อเนื่อง (Continuous Casting) จะได้เหล็กแท่งเล็ก (Billet) เหล็กแท่งใหญ่ (Bloom) และเหล็กแท่งแบน (Slab) ซึ่งจะนำไปเป็นวัตถุดิบในการผลิตเหล็กทรงยาว (Long Products) และเหล็กทรงแบน (Flat Products) ตามลำดับ
3. อุตสาหกรรมเหล็กขั้นปลาย-แปรรูปผลิตภัณฑ์เหล็ก



ได้แก่ขั้นตอนการแปรรูปผลิตภัณฑ์ขั้นต้นคือเหล็กแท่งชนิดต่างๆ ด้วยการรีด เช่น การนำ Slab ไปรีดเป็นเหล็กแผ่นรีดร้อน หรือการนำ Billet ไปรีดเป็นเหล็กเส้น เป็นต้น ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากขั้นตอนนี้จะนำไปใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตของอุตสาหกรรมต่อเนื่องต่าง ๆ มากมาย รวมทั้งเป็นวัตถุดิบในการผลิตผลิตภัณฑ์เหล็กด้วยกันเอง เช่น การนำเหล็กแผ่นรีดร้อนไปใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเหล็กแผ่นรีดเย็น การใช้เหล็กแผ่นรีดเย็นในการผลิตเหล็กแผ่นเคลือบผิวชนิดต่างๆ ผลิตภัณฑ์เหล็กจากขั้นตอนนี้สามารถแบ่งตามรูปทรงของผลิตภัณฑ์ได้เป็น

3.1 ผลิตภัณฑ์เหล็กทรงแบน (Flat Products) ได้แก่ เหล็กแผ่นรีดร้อน (Hot rolled sheet) เหล็กแผ่นรีดเย็น (Cold rolled sheet) เหล็กแผ่นเคลือบ/ชุบ (Coated sheet) เหล็กแผ่นหนา (Hot rolled Plate) นำไปใช้ในอุตสาหกรรมก่อสร้าง ผลิตท่อเหล็ก ตู้คอนเทนเนอร์ ถังแก๊ส รถยนต์ เครื่องใช้ไฟฟ้า และอุปกรณ์เฟอร์นิเจอร์

3.2 ผลิตภัณฑ์เหล็กทรงยาว (Long Products) ได้แก่ เหล็กเส้นกลม (Round bar) เหล็กเส้นข้ออ้อย (Deformed bar) เหล็กลวด (Wire rod) เหล็กรูปพรรณ (Shape steel) นำไปใช้ในอุตสาหกรรมก่อสร้างเป็นส่วนใหญ่

เหล็กในปัจจุบันมันมีกี่ชนิด!!!



เหล็กแบ่งออกเป็น 2 ชนิดใหญ่ๆ โดยพิจารณาจากปริมาณของธาตุคาร์บอนที่มีอยู่ในเหล็ก โดยแบ่งออกได้เป็น
1. เหล็กหล่อ

คือเหล็กที่มีปริมาณธาตุคาร์บอนมากกว่า 1.7% หรือ 2% ซึ่ง เหล็กชนิดนี้จะขึ้นรูปได้ด้วยวิธีหล่อเท่านั้นเพราะปริมาณคาร์บอนที่สูงทำ ให้โครงสร้างมีคุณสมบัติที่แข็งแต่เปราะจึงไม่สามารถขึ้นรูปด้วยวิธีการรีด หรือวิธีทางกลอื่นๆได้ เรายังสามารถแบ่งย่อยเหล็กหล่อออกได้อีกหลายประเภท โดยพิจารณาจากโครงสร้างทางจุลภาค กรรมวิธีทางความร้อน ชนิดและปริมาณของธาตุผสม ได้แก่
1.1 เหล็กหล่อเทา (grey cast iron) เป็นเหล็กหล่อที่มีปริมาณคาร์บอนและซิลิคอนสูง ทำให้มีโครงสร้างคาร์บอนอยู่ในรูปของกราฟไฟต์
1.2 เหล็กหล่อขาว (white cast iron) เป็น เหล็กหล่อที่มีปริมาณซิลิคอนต่ำกว่าเหล็กหล่อเทา ทำให้ไม่เกิดโครงสร้างคาร์บอนในรูปกราฟไฟต์ โดยคาร์บอนจะอยู่ในรูปคาร์ไบด์ของเหล็ก (Fe3C) ที่เรียกว่า ซีเมนไตต์ เป็นเหล็กที่มีความแข็งสูงทนการเสียดสี แต่จะเปราะ
1.3 เหล็กหล่อกราฟไฟต์กลมหรือเหล็กหล่อเหนียว (spheroidal graphite cast iron, ductile cast iron) เป็น เหล็กหล่อเทาที่ผสมธาตุแมกนีเซียมและหรือธาตุซีเรียมลงไปในน้ำเหล็ก ทำให้กราฟไฟต์ที่เกิดเป็นกลุ่มและมีรูปร่างกลม ซึ่งส่งผลถึงคุณสมบัติทางกลในทางที่ดีชึ้น
1.4 เหล็กหล่ออบเหนียว (malleable cast iron) เป็น เหล็กหล่อขาวที่นำไปอบในบรรยากาศพิเศษเพื่อทำให้คาร์บอนในโครงสร้างคาร์ไบด์ แตกตัวออกมารวมกันเป็นกราฟไฟต์เม็ดกลม และทำให้เหล็กรอบๆที่มีปริมาณคาร์บอนลดลงปรับโครงสร้างกลายเป็นเฟอร์ไรต์และ หรือเพิร์ลไลต์ เหล็กชนิดนี้จะมีความเหนียวดีกว่าเหล็กหล่อขาว แต่จะด้อยกว่าเหล็กหล่อกราฟไฟต์กลมเล็กน้อย
1.5 เหล็กหล่อโลหะผสม (alloy cast iron) เป็น เหล็กหล่อที่เติมธาตุผสมอื่นๆลงไปในปริมาณที่ค่อนข้างมาก เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติเฉพาะด้านให้ดียิ่งขึ้น เช่นเติมนิกเกิลและโครเมียมเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติด้านทนการเสียดสีและทน ความร้อน เป็นต้น
2. เหล็กกล้า

คือเหล็กที่มีปริมาณธาตุคาร์บอนน้อยกว่า 1.7% หรือ 2% เหล็ก ชนิดนี้มีความเหนียวมากกว่าเหล็กหล่อทำให้สามารถทำการขึ้นรูปโดยใช้กรรมวิธี ทางกลได้ ทำให้เหล็กชนิดนี้ถูกนำไปใช้งานอย่างกว้างขวาง จึงพบเห็นได้ทั่วไปในชีวิตประจำวัน เช่น เหล็กเส้น เหล็กแผ่น เหล็กโครงรถยนต์ ท่อเหล็กต่างๆ ฯลฯ เหล็กกล้าสามารถแบ่งได้เป็นกลุ่มต่างๆ ดังนี้
2.1 เหล็กกล้าคาร์บอน (carbon steel) เป็น เหล็กที่มีคาร์บอนเป็นส่วนผสมหลัก โดยอาจมีธาตุอื่นผสมอยู่บ้างแต่ไม่ได้เจาะจงจะผสมลงไป มักติดมาจากกรรมวิธีการถลุงและการผลิต เราสามารถแบ่งย่อยกว้างๆออกได้ 3 ประเภทโดยพิจารณาตามปริมาณของธาตุคาร์บอนที่ผสม คือ
2.1.1 เหล็กคาร์บอนต่ำ (low carbon steel) เป็นเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนต่ำกว่า 0.2% เหล็กชนิดนี้มีความแข็งแรงต่ำสามารถรีดหรือตีเป็นแผ่นได้ง่าย ตัวอย่างเหล็กเช่น เหล็กเส้น เหล็กแผ่นที่ใช้กันทั่วไป
2.1.2 เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง (medium carbon steel) เป็นเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนอยู่ระหว่าง 0.2-0.5% เป็นเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงกว่าเหล็กคาร์บอนต่ำ ใช้ทำชิ้นส่วนของเครื่องจักรกลทั่วไป เหล็กประเภทนี้สามารถทำการอบชุบความร้อนได้
2.1.3 เหล็กกล้าคาร์บอนสูง (high carbon steel) เป็นเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่า 0.5% มี ความแข็งแรงและความแข็งสูง สามารถทำการอบชุบความร้อนให้คุณสมบัติความแข็งเพิ่มขึ้นได้ ใช้ทำพวกเครื่องมือเครื่องใช้ต่างๆที่ต้องการผิวแข็งและความต้านทานการ สึกหรอสูง
2.2 เหล็กกล้าผสม (alloy steel) เป็นเหล็กกล้าคาร์บอนที่มีธาตุอื่นผสมอยู่อย่างเจาะจงเพื่อวัตถุประสงค์ในการปรับปรุงคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความสามารถในการชุบแข็ง (hardenability) ความ ต้านทานการกัดกร่อน คุณสมบัติการนำไฟฟ้าและคุณสมบัติทางแม่เหล็กเป็นต้น ธาตุผสมที่เติมลงไป เช่น โครเมียม นิกเกิล โมลิบดินัม วาเนเดียม โคบอลต์ แมงกานีสและซิลิคอน โดยแมงกานีสและซิลิคอนจะต้องมีปริมาณมากพอสมควรจึงจะจัดได้ว่าเป็นเหล็กกล้า ผสม เพราะในเหล็กกล้าคาร์บอนก็มีปริมาณธาตุทั้งสองผสมอยู่พอสมควร เราสามารถแบ่งย่อยกว้างๆออกได้ 2 ประเภทโดยพิจารณาตามปริมาณของธาตุผสม คือ
2.2.1 เหล็กกล้าผสมต่ำ (low alloy steel) เป็นเหล็กกล้าผสมที่มีปริมาณธาตุผสมน้อยกว่า 10%
2.2.2 เหล็กกล้าผสมสูง (high alloy steel) เป็นเหล็กกล้าผสมที่มีปริมาณธาตุผสมสูงกว่า 10%

ประเทศไทยผลิตเหล็กแบบไหนได้บ้าง ?

อุตสาหกรรมเหล็กของประเทศไทยจำกัดอยู่เฉพาะอุตสาหกรรมเหล็กขั้นปลาย แม้ ว่าในปัจจุบันจะมีการพัฒนาอุตสาหกรรมเหล็กทรงแบน ได้แก่ เหล็กแผ่นรีดร้อน เหล็กแผ่นรีดเย็น และเหล็กแผ่นเคลือบชนิดต่างๆ อย่างสมบูรณ์แล้ว แต่ก็ยังไม่มีอุตสาหกรรมเหล็กขั้นต้น โดยมีการผลิตต้นทางที่สุดอยู่ในอุตสาหกรรมเหล็กขั้นกลาง คือ การหลอมเศษเหล็กโดยใช้เตาหลอมไฟฟ้า ทำให้ประเทศไทยต้องพึ่งพาการนำเข้าผลิตภัณฑ์เหล็กจากต่างประเทศ ซึ่งมีมูลค่าหลายแสนล้านบาท แต่ก็มีบริษัทผลิตเหล็กรายใหญ่ของโลก สนใจจะมาลงทุนในกิจการผลิตเหล็กขั้นต้นในประเทศไทย ได้แก่ บริษัท Arcelor Mittal จากเนเธอร์แลนด์และลักเซ็มเบอร์ก เป็นบริษัทผลิตเหล็กรายใหญ่ที่สุดของโลก บริษัท Nippon Steel Corporation ของญี่ปุ่น อันดับที่ ๒ ของโลก บริษัท JFE ของญี่ปุ่น อันดับที่ ๓ ของโลก และ บริษัท Baosteel ของ จีน อันดับที่ ๕ ของโลก แต่ติดอยู่ตรงที่ทั้ง ๔ ราย ต้องการโครงสร้างพื้นฐานสำหรับอุตสาหกรรมเหล็กขั้นต้น เช่น พื้นที่ตั้งโรงงานแต่ละแห่งประมาณ ๕,๐๐๐ – ๑๐,๐๐๐ ไร่ ท่าเรือน้ำลึกที่สามารถรองรับเรือขนาดใหญ่ขนาดระวาง ๒๐๐,๐๐๐ ตัน หรือกินระดับน้ำลึก ๒๐ เมตร ระบบน้ำสำหรับใช้ในการผลิต ๓๐ – ๕๐ ล้านลูกบาศก์เมตรต่อปี ระบบขนส่งและโลจิสติกส์ และระบบสาธารณูปโภค เป็นต้น ก็ไม่รู้ว่ารัฐบาลไทยจะลงทุนไหวหรือเปล่า คงต้องรอดูกันต่อไป

Share on Facebook Share on Twitter Share on Google Plus

About Surapong Suksang

This is a short description in the author block about the author. You edit it by entering text in the "Biographical Info" field in the user admin panel.