การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานด้วยกระบวนการ Hot Charge สำหรับโรงงานที่มีเตาหลอมเหล็กด้วยไฟฟ้า
Electric Arc Furnace (EAF) และมีโรงรีดร้อนเพื่อผลิตเหล็กทรงยาว
เรื่องโดย: นายกิตติพงษ์ รัตนาพิศุทธิกุล วิศวกรชำนาญการพิเศษ สำนักกำกับและอนุรักษ์พลังงาน kittipong_r@dede.go.th
ก่อนจะกล่าวถึงการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานด้วยกระบวนการ Hot Charge สำหรับโรงงานที่มีเตาหลอมเหล็กด้วยไฟฟ้า Electric Arc Furnace (EAF) และมีโรงรีดร้อนเพื่อผลิตเหล็กทรงยาว จะขอพูดถึงวิวัฒนาการของอุตสาหกรรมเหล็กเพื่อให้เห็นภาพกว้างถึงลำดับการพัฒนาที่มีบทบาทในประวัติมนุษยชาติ (อ้างอิงจากเอกสารหมายเหตุ *1-12) ซึ่งอุตสาหกรรมเหล็กมีวิวัฒนาการเริ่มต้นตั้งแต่ ยุคเหล็ก และพลังงานไอน้ำ ประมาณ ค.ศ. 1760 – 1780 มีการนำเหล็กมาใช้ในอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง โดยเฉพาะด้านการคมนาคม เช่น ทำรางรถไฟ ตู้รถสินค้าของรถไฟ ฯลฯ ต่อมาในยุคเหล็กกล้า (ไม่เป็นสนิม) และพลังงานใหม่ (น้ำมันปิโตเลียม และก๊าซธรรมชาติ) ประมาณ ค.ศ. 1860 – 1914 มีการนำความรู้ทางวิทยาศาสตร์มาประยุกต์ใช้ในการผลิตภาคอุตสาหกรรมอย่างแท้จริง เป็นยุคที่ใช้พลังงานเชื้อเพลิงจากก๊าซธรรมชาติ น้ำมัน ปิโตรเลียม และไฟฟ้า และเริ่มมีการทำเหล็กถลุงให้มีคุณสมบัติดีขึ้นเรียกว่า เหล็กกล้า (steel) และสามารถผลิตเหล็กกล้าได้อย่างรวดเร็ว ครั้งละมากๆ และประหยัด ซึ่งเหล็กที่ผลิตสามารถชุบเพิ่มความแข็งได้ และมีคุณสมบัติอื่นๆ หลากหลายมากขึ้น
ประวัติความเป็นมาของอุตสาหกรรมเหล็กที่ทันสมัยเริ่มขึ้นในช่วงปลายทศวรรษที่ 1850 ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาเหล็กเป็นพื้นฐานของเศรษฐกิจอุตสาหกรรมของโลก โดยการพัฒนากระบวนการผลิตเหล็กของเฮนรี เบสเซเมอร์ ในปี ค.ศ. 1857 (พ.ศ. 2400) ในสมัยนั้นเหล็กมีราคาแพงมากในการผลิตและใช้เฉพาะในสินค้าขนาดเล็กเช่นมีดดาบและเกราะ
ประมาณปี ค.ศ. 1860 เหล็กเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีราคาแพงทำในปริมาณน้อย ๆ และใช้เป็นเครื่องมือ เครื่องตัด มีด และดาบ โครงสร้างเหล็กขนาดใหญ่ทั้งหมดทำด้วยเหล็กดัดหรือเหล็กหล่อ การผลิตเหล็กมีศูนย์กลางในประเทศอังกฤษ ส่งออกไปยังตลาดในยุโรปและอเมริกา การเปิดตัวเหล็กราคาถูกเป็นผลมาจาก เฮนรี เบสเซเมอร์ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าในอังกฤษ ในกระบวนการของ เฮนรี เบสเซเมอร์ เหล็กหล่อที่หลอมละลายจะถูกเปลี่ยนเป็นเหล็ก โดยการเป่าอากาศผ่าน หลังจากที่ถูกเทออกจากเตา การระเบิดทางอากาศได้เผาคาร์บอนและซิลิคอนออกจากเหล็กหล่อ ปล่อยความร้อนและทำให้อุณหภูมิของโลหะหลอมเหลวเพิ่มขึ้น เฮนรี เบสเซเมอร์ แสดงกระบวนการในปี ค.ศ. 1864 (พ.ศ. 2407) และประสบความสำเร็จโดยปี ค.ศ. 1870 (พ.ศ. 2413) เหล็กเบสเซเมอร์ ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการทำเรือสินค้าขนาดใหญ่
ในช่วงยุค 1850 (พ.ศ. 2393) ความเร็วน้ำหนักและปริมาณของการจราจรทางรถไฟถูกจำกัดด้วยความแข็งแรงของรางเหล็กที่ใช้งาน การหันไปใช้รางเหล็กซึ่งใช้กระบวนการเบสเซเมอร์ ทำให้ลดต้นทุนการดำเนินการ ทั้งเหล็กยังมีความแข็งแรงและความทนทานมากขึ้น และสามารถจัดการกับเครื่องยนต์หนักขึ้นและเร็วขึ้นได้หลังจากปี ค.ศ. 1890 (พ.ศ. 2433) กระบวนการเบสเซเมอร์ ได้ถูกแทนที่โดยการผลิตเหล็กแบบเปิดเตาหลอม (open hearth steelmaking) และในช่วงกลางของศตวรรษที่ 20 ก็ไม่ได้ใช้งานกระบวนการ เบสเซเมอร์อีกต่อไป กระบวนการเปิดเตานี้เกิดจากยุค 1860 (พ.ศ. 2403) ในเยอรมนีและฝรั่งเศส กระบวนการเปิดเตาปกติใช้แร่เหล็กและเศษเหล็กและเป็นที่รู้จักในฐานะกระบวนการของซีเมนส์ - มาร์ติน เป็นกระบวนการหลอมโลหะที่มีการควบคุมองค์ประกอบของเหล็กได้มากขึ้น กระบวนการหลอมโลหะยังคงมีความสำคัญสำหรับการผลิตเหล็กอัลลอยคุณภาพสูงในศตวรรษที่ 20
เมื่อถึงปี ค.ศ. 1900 (พ.ศ. 2443) เตาไฟฟ้าอาร์คได้ถูกปรับให้เข้ากับการผลิตเหล็กและในปี ค.ศ. 1920 (พ.ศ.2463) ค่าใช้จ่ายที่ลดลงของการผลิตไฟฟ้าทำให้กระบวนการผลิตแบบเตาไฟฟ้าสามารถแทนที่กระบวนการหลอมโลหะของซีเมนส์ – มาร์ติน ในการผลิตเหล็กได้
ส่วนวิวัฒนาการอุตสาหกรรมเหล็กของไทยเริ่มต้นเมื่อปี พ.ศ. 2485 เริ่มมาจากการผลิตเหล็กเส้นเพื่อใช้ในงานก่อสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก และในปี พ.ศ. 2512 ได้เริ่มผลิตเหล็กโครงสร้างขึ้นรูป จนกระทั่งปี พ.ศ. 2532 เริ่มก่อสร้างโรงงานผลิตเหล็กแผ่นรีดร้อน เริ่มผลิตได้ในปี พ.ศ. 2537
ในช่วงปี พ.ศ. 2485 – 2500 อุตสาหกรรมเหล็กเริ่มต้นเมื่อรัฐบาลได้ทำสัญญากับบริษัท ปูนซีเมนต์ไทย จำกัด ให้สัมปทานการทำเหมืองแร่ในจังหวัดลพบุรี เพื่อทำโรงงานถลุงและแปรรูปมีกำลังการผลิต 100 ตันต่อวัน (แต่ไม่ได้มีการผลิตจริง) จนกระทั่งปี พ.ศ. 2493 บริษัท ปูนซีเมนต์ไทย ได้ตั้งโรงงานรีดเหล็กเส้นและลวดเหล็ก ซึ่งเป็นเพียงบริษัทเดียวที่เริ่มการผลิต แต่การผลิตยังประสบปัญหาและอุปสรรค ทั้งในด้านเทคโนโลยีการผลิต เนื่องจากไม่มีนโยบายของรัฐที่จะสนับสนุน รวมถึงปัจจัยทางด้านเงินทุนเพราะต้องใช้เงินทุนสูง
ในช่วงปี พ.ศ. 2500 – 2520 มีเทคโนโลยีการผลิตเข้ามาในอุตสาหกรรมการผลิตเหล็ก ทั้งในการผลิตเคลือบผิวด้วยดีบุก และสังกะสี ในกระบวนการหลอมได้นำเอาเตาหลอมโดยใช้พลังงานไฟฟ้ามาใช้ทั้งเตาหลอมแบบเหนี่ยวนำและเตาหลอมแบบอาร์ค มีโรงงานรีดเหล็กเกิดขึ้นจำนวนมาก ส่วนใหญ่ผลิตเหล็กเส้น เหล็กลวด และเหล็กรูปพรรณ ในส่วนของรัฐได้มีนโยบายคุ้มครองอุตสาหกรรมเหล็กกล้าโดยการควบคุมใบอนุญาต และส่งเสริมให้มีการลงทุนตั้งโรงงานผลิตเหล็กเส้นเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมก่อสร้าง
ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2530 สภาวะการก่อสร้างได้ขยายตัวอย่างมาก รัฐบาลได้เลิกนโยบายคุ้มครอง ทำให้มีการประกอบกิจการอุตสาหกรรมเหล็กอย่างเสรีในประเทศ และมีมาตรการกีดกั้นการนำเข้าโดยการตั้งกำแพงภาษี และให้อุตสาหกรรมเหล็กได้ถูกบรรจุอยู่ในแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 7
ปี พ.ศ. 2541 – ปัจจุบัน เป็นช่วงเร่งการพัฒนาเศรษฐกิจหลังวิกฤตเศรษฐกิจและการเงิน เนื่องจากความต้องการเหล็กลดลงร้อยละ 40 – 50 โรงงานมีการผลิตจริงร้อยละ 35 ของกำลังการผลิต และมีโรงงานปิดกิจการจำนวนมากเนื่องจากประสบภาวะขาดทุน รัฐบาลได้ออกมาตรการต่างๆเพื่อช่วยเหลืออุตสาหกรรมในประเทศเช่น การใช้มาตรการตอบโต้การทุ่มตลาด และมาตรการจัดเก็บค่าธรรมเนียมพิเศษ เป็นต้น
ในวาระต่อไปจะนำเสนอเกี่ยวกับเทคนิคในการป้อนผลิตภัณฑ์ (Billet) โดยที่ยังคงมีอุณหภูมิสูงเข้าสู่ เตาอบเหล็ก (Reheating Furnace) ทั้ง 3 วิธีประกอบด้วย Hot Charge, Hot Direct Charge และ Direct Rolling
หมายเหตุ,*1 จากการศึกษาโครงการการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานด้วยกระบวนการ Hot Charge สำหรับโรงงานที่มีเตาหลอมเหล็กด้วยไฟฟ้า Electric Arc Furnace (EAF) และมีโรงรีดร้อนเพื่อผลิตเหล็กทรงยาว ระยะที่ 1 ของกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน โดยอุตสาหกรรมพัฒนามูลนิธิ (สถาบันเหล็กและเหล็กกล้าแห่งประเทศไทย)
,*2 วิชาอารยะธรรมตะวันตก และประวัติศาสตร์ เรื่องการปฏิวัติอุตสาหกรรม ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5
,*3 David Brooke, "the Advent of the Steel Rail, 1857-1914," Journal of Transport History (1986) 7#1 pp 18-31
,*4 Ro Lloyd-Jones; et al. (1998). British Industrial Capitalism Since The Industrial Revolution. Psychology Press. p. 93.
,*5 Bronwyn H. Hall; Nathan Rosenberg (2010). Handbook of The Economics of Innovation. Elsevier. p. 29.
,*6 Alan Milward; S. B. Saul (2012). The Development of the Economies of Continental Europe 1850-1914 (Routledge Revivals). Routledge. p. 96.
,*7 รายงานผลการศึกษา วิจัย ฝ่ายวิจัยสินค้าอุตสาหกรรม กรมเศรษฐกิจกระทรวงพาณิชย์ กระทรวงพาณิชย์, 2523
,*8 จรัญพัฒน์ ภูวนันท์ เรื่อง ต้นทุนการใช้ทรัพย์ยากรภายในประเทศในอุตสาหกรรมเหล็กกับการก่อสร้างบ้านในอนาคต, 2545
,*9 ธีรวุธ ตันนุกิจ เรื่อง การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเหล็กภายหลังวิกฤต, สำนักอุตสาหกรรมพื้นฐาน กรมอุตสาหกรรมพื้นฐานและการเหมืองแร่, 2547
,*10 purzuit.com , 2017. [Online]. Avilable: http://bessemer-converter.purzuit.com/ (Access date 8 November 2017).
,*11 fernando gomez, 2014. Producción de Acero. [Online]. Avilable: http://fergoag.blogspot.com/2014/08/acero.html (Access date 23 November 2017).
,*12 ARVEL, 2017. GLOBAL ELECTRIC ARC FURNACES MARKET 2017 ADVANCED TECHNOLOGIES AND INDUSTRY ANALYSIS 2022. [Online]. Avilable: http://www.technologynewsextra.com/global-electric-arc-furnaces-market-2017-advanced-technologies-industry-analysis-2022/31768.html (Access date 23 November 2017).
ดาวน์โหลดเอกสารที่เกี่ยวข้อง >>>>>>Download<<<<<
