Thép được làm ra theo hai con đường chính: lò cao luyện quặng sắt thành gang rồi thổi oxy để thành thép, hoặc lò điện hồ quang nấu chảy thép phế liệu. Sau khâu luyện, thép lỏng được đúc thành phôi, rồi đi qua các nhà máy cán thành thép xây dựng, thép cuộn, thép tấm; từ thép cuộn lại có thêm một lớp nhà máy cán nguội, mạ kẽm, mạ màu, làm ống.
Ở Việt Nam, ngành thép vừa có các khu liên hợp lò cao quy mô rất lớn, vừa có nhiều nhà máy lò điện cỡ vừa và rất nhiều xí nghiệp chỉ làm khâu sau như cán, mạ, làm ống từ thép cuộn mua về. Bài này đi qua chuỗi đó theo nguyên lý, để bạn phân biệt được khi nghe nói tới "nhà máy thép" là đang nói tới loại nào.
Hai con đường luyện thép
Bảng dưới so sánh ở mức nguyên lý; mỗi nhà máy có cấu hình riêng và có thể kết hợp.
| Tiêu chí | Lò cao – lò thổi oxy | Lò điện hồ quang |
|---|---|---|
| Nguyên liệu chính | Quặng sắt, than cốc, đá vôi | Thép phế liệu, có thể thêm gang hoặc sắt hoàn nguyên |
| Nguồn nhiệt | Đốt than cốc trong lò cao | Hồ quang điện giữa điện cực và mẻ liệu |
| Quy mô | Rất lớn, chạy liên tục nhiều năm không tắt lò | Nhỏ đến lớn, có thể dừng và khởi động theo ca |
| Vốn đầu tư | Rất cao, cần cả nhà máy thiêu kết, luyện cốc | Thấp hơn nhiều |
| Vị trí hay chọn | Gần cảng nước sâu để nhập quặng, than | Gần nguồn phế liệu và thị trường, cần nguồn điện mạnh |
| Khí thải CO2 | Cao hơn | Thấp hơn, phụ thuộc nguồn điện |
Thông tin phổ biến là ở Việt Nam có các khu liên hợp lò cao lớn như ở Dung Quất (Quảng Ngãi) và Vũng Áng (Hà Tĩnh), cạnh cảng nước sâu, trong khi Thái Nguyên được biết đến là cái nôi của ngành gang thép từ nhiều thập kỷ trước. Phần đông các nhà máy luyện thép còn lại dùng lò điện hoặc lò cảm ứng, rải ở phía Bắc và phía Nam.
Bên trong một khu liên hợp lò cao
Một khu liên hợp lò cao là chuỗi nhà máy nối nhau. Trình tự dưới đây rút gọn theo nguyên lý.
- Chuẩn bị nguyên liệu: quặng sắt mịn được thiêu kết thành cục; than mỡ được luyện thành than cốc ở nhà máy luyện cốc.
- Lò cao: quặng, than cốc, đá vôi nạp từ trên đỉnh, không khí nóng thổi từ dưới lên; than cốc cháy tạo khí khử quặng thành sắt nóng chảy (gang), đá vôi kết hợp tạp chất thành xỉ nổi lên trên.
- Lò thổi oxy: gang lỏng được thổi oxy để đốt bớt cacbon và tạp chất, thêm thép phế để điều chỉnh nhiệt, ra thép lỏng.
- Luyện thứ cấp: thép lỏng được tinh chỉnh thành phần, khử khí trong lò thùng để đạt mác thép yêu cầu.
- Đúc liên tục: thép lỏng chảy qua khuôn làm nguội bằng nước, đông đặc thành phôi vuông hoặc phôi tấm dài liên tục, cắt thành đoạn.
- Cán: phôi vuông đi sang nhà máy cán thép xây dựng; phôi tấm đi sang nhà máy cán nóng ra thép cuộn.
Xỉ lò cao không phải chất thải bỏ đi: nó được nghiền làm phụ gia xi măng, vật liệu san lấp tuỳ quy định. Khí lò cao, khí lò cốc được tận dụng làm nhiên liệu phát điện trong khu liên hợp. Những dòng phụ phẩm này là lý do khu liên hợp thường kéo theo nhà máy xi măng, nhà máy điện quanh nó.
Lò điện hồ quang và lò cảm ứng: con đường của phế liệu
Lò điện hồ quang dùng điện cực graphit tạo hồ quang để nấu chảy thép phế. Sau khi chảy, thép được tinh luyện, rồi đúc liên tục thành phôi giống như con đường lò cao. Ưu điểm là vốn thấp hơn, linh hoạt, dùng được nguồn phế liệu trong nước và nhập khẩu; nhược điểm là tiêu thụ điện rất lớn và chất lượng phụ thuộc vào độ sạch của phế liệu, vì các nguyên tố như đồng, thiếc lẫn trong phế liệu khó loại bỏ.
Bên cạnh đó còn nhiều nhà máy dùng lò cảm ứng trung tần để nấu thép phế, quy mô nhỏ hơn, chủ yếu làm phôi cho thép xây dựng. Loại này đầu tư ít hơn nhưng khả năng tinh luyện hạn chế, nên kiểm soát nguyên liệu đầu vào càng quan trọng.
Với người làm ngành phế liệu, đây là đầu ra chính: thép phế từ công trình phá dỡ, xưởng cơ khí, tàu cũ, ô tô cũ được phân loại, cắt, ép kiện rồi bán cho nhà máy luyện. Nhà máy thép lò điện thường có bãi phế liệu lớn và quy trình kiểm tra phóng xạ, chất nổ, vật kín ở cổng, vì lẫn những thứ này vào lò là sự cố nghiêm trọng.
Các nhà máy khâu sau: từ phôi và thép cuộn ra sản phẩm
Phần lớn xí nghiệp thép mà người mua gặp hằng ngày nằm ở khâu sau, không tự luyện thép.
| Loại nhà máy | Đầu vào | Sản phẩm | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Cán thép xây dựng | Phôi vuông | Thép thanh vằn, thép cuộn tròn trơn | Nhiều nhà máy cả Bắc và Nam |
| Cán nóng thép dẹt | Phôi tấm | Thép cuộn cán nóng, thép tấm | Gắn với khu liên hợp lò cao, vốn lớn |
| Cán nguội | Thép cuộn cán nóng | Thép cuộn cán nguội mỏng, bề mặt đẹp | Đầu vào cho mạ, cho dập |
| Mạ kẽm, mạ hợp kim nhôm kẽm | Thép cán nguội | Tôn mạ, tôn lạnh | Nhúng nóng liên tục |
| Mạ màu | Tôn mạ | Tôn màu, tôn sơn | Sơn phủ cuộn liên tục rồi sấy |
| Làm ống, thép hình | Thép băng xẻ từ cuộn | Ống hàn, hộp vuông, chữ nhật, xà gồ | Nhiều xí nghiệp vừa trong nước |
Nhìn vào bảng, bạn thấy vì sao một doanh nghiệp có thể gọi mình là "công ty thép" mà không có lò nào. Khi đọc hồ sơ năng lực của một nhà cung cấp thép, hãy hỏi họ làm khâu nào và mua thép đầu vào từ đâu, vì chất lượng thành phẩm phụ thuộc trực tiếp vào thép nền.
Trung tâm gia công thép: mắt xích giữa nhà máy và xưởng chế tạo
Nhà máy cán và mạ bán thép theo cuộn nặng nhiều tấn, trong khi xưởng chế tạo cần thép tấm cắt sẵn kích thước, thép băng đúng bề rộng, ống cắt đúng chiều dài. Khoảng trống này được lấp bởi các trung tâm gia công thép: xí nghiệp mua cuộn lớn, xả cuộn thành tấm phẳng, xẻ thành băng hẹp, cắt theo đơn, có khi cắt laser, cắt plasma, chấn sẵn.
Loại xí nghiệp này ít được nhắc nhưng rất quan trọng với chuỗi cơ khí. Một xưởng làm vỏ tủ điện, một nhà máy dập chi tiết xe máy, một xưởng làm ống thép nhỏ đều mua thép qua đây thay vì mua thẳng từ nhà máy. Trung tâm gia công tốt giữ được truy xuất từ tấm cắt về cuộn mẹ, về chứng chỉ của nhà máy cán, nên người mua vẫn biết thép mình dùng là mác gì, của lô nào.
Khi chọn nhà cung cấp thép cho xí nghiệp, phân biệt ba loại giúp tránh hiểu lầm: nhà máy sản xuất (bán số lượng lớn, ít cắt theo đơn), trung tâm gia công (cắt theo đơn, giữ truy xuất), và đại lý thương mại (bán lẻ, tiện nhưng thường khó truy xuất ngược). Ví dụ giả định: một xưởng chế tạo tủ điện ở Hưng Yên mua tôn cán nguội cắt sẵn từ trung tâm gia công gần đó, nhận kèm bản sao chứng chỉ cuộn mẹ, và lưu lại theo lô đơn hàng để trả lời khi khách hỏi vật liệu.
Chất lượng thép: mác thép, chứng chỉ xuất xưởng và tiêu chuẩn
Mỗi lô thép xuất xưởng đi kèm chứng chỉ ghi thành phần hoá học, giới hạn chảy, giới hạn bền, độ giãn dài, đôi khi thử uốn, thử va đập, theo tiêu chuẩn mà nhà máy công bố áp dụng. Thép xây dựng thường được sản xuất theo tiêu chuẩn quốc gia hoặc tiêu chuẩn của các nước, và thuộc nhóm hàng hoá chịu quản lý chất lượng theo Luật Chất lượng sản phẩm, hàng hoá 2007; danh mục và yêu cầu hợp quy cụ thể cần kiểm văn bản hiện hành.
Với tôn mạ, chất lượng còn nằm ở khối lượng lớp mạ trên một mét vuông, độ dày thép nền, độ bám của lớp sơn. Đây là những thông số khó thấy bằng mắt, và là nơi phát sinh nhiều tranh chấp nhất giữa người bán và người mua khi tôn gỉ sớm.
Người mua thép cho xí nghiệp chế tạo nên tập thói quen giữ chứng chỉ theo lô, đối chiếu với mác thép trên bản vẽ, và lấy mẫu thử ở phòng thí nghiệm độc lập với đơn hàng quan trọng. Thói quen này còn giúp xí nghiệp trả lời được khi khách của chính mình hỏi nguồn gốc vật liệu.
Môi trường và an toàn: hai câu hỏi lớn của ngành thép
Ngành thép phát thải nhiều bụi, khí, nhiệt và xỉ, nên thuộc nhóm chịu yêu cầu môi trường cao theo Luật Bảo vệ môi trường 2020: đánh giá tác động môi trường, giấy phép môi trường, quan trắc khí thải liên tục ở nguồn lớn. Những năm gần đây, câu hỏi về phát thải khí nhà kính cũng ngày càng được khách hàng xuất khẩu đặt ra, nhất là với thị trường châu Âu đã áp dụng cơ chế điều chỉnh biên giới carbon với một số mặt hàng trong đó có sắt thép. Chi tiết cơ chế đang được triển khai theo lộ trình, doanh nghiệp xuất khẩu cần theo dõi thông tin chính thức.
Về an toàn lao động, nguy cơ đặc thù gồm kim loại nóng chảy, khí độc như CO trong khí lò, làm việc trên cao, cầu trục nâng vật nặng, tiếng ồn và nhiệt độ cao ở khu cán. Luật An toàn, vệ sinh lao động 2015 xếp nhiều công việc trong ngành vào nhóm nặng nhọc, độc hại, nguy hiểm, kéo theo yêu cầu huấn luyện, khám sức khoẻ và chế độ riêng.
Người sắp vào làm nhà máy thép nên hiểu rõ khu vực mình làm thuộc nhóm nào, được trang bị gì và quy trình khoá năng lượng, cấp phép làm việc ra sao. Đây là ngành mà kỷ luật quy trình cứu mạng người theo nghĩa đen.
Câu hỏi thường gặp
Phôi thép là gì?
Phôi thép là thép đã đông đặc từ thép lỏng, có dạng thanh vuông (phôi vuông) hoặc tấm dày (phôi tấm), làm đầu vào cho nhà máy cán. Phôi vuông thường cán ra thép xây dựng, phôi tấm cán ra thép cuộn và thép tấm.
Tôn lạnh và tôn kẽm khác nhau thế nào?
Tôn kẽm là thép mạ lớp kẽm; tôn lạnh là thép mạ hợp kim nhôm kẽm, bề mặt sáng bạc, phản xạ nhiệt tốt hơn và thường bền hơn trong nhiều môi trường. Chọn loại nào còn tuỳ môi trường sử dụng và độ dày lớp mạ.
Vì sao nhà máy thép lò cao luôn đặt cạnh biển?
Vì cần nhập khẩu khối lượng rất lớn quặng sắt và than bằng tàu lớn, và xuất thành phẩm cũng bằng đường biển. Đặt cạnh cảng nước sâu giúp giảm đáng kể chi phí vận chuyển nguyên liệu.
Thép làm từ phế liệu có kém hơn thép từ quặng không?
Không nhất thiết. Thép lò điện có thể đạt chất lượng tốt nếu phế liệu được phân loại kỹ và nhà máy tinh luyện tốt. Hạn chế là một số mác thép đòi tạp chất rất thấp thì khó làm hoàn toàn từ phế liệu.
Xí nghiệp làm ống thép có cần lò luyện không?
Không. Phần lớn nhà máy ống thép hàn mua thép cuộn, xẻ thành băng, uốn tròn và hàn dọc mép bằng máy hàn cao tần, rồi định cỡ, cắt, có thể mạ kẽm. Ống thép đúc liền thì cần phôi tròn và công nghệ khác.
Ngành thép có nhiều làng nghề không?
Ngành luyện và cán thép là công nghiệp quy mô lớn. Làng nghề ở mảng kim loại chủ yếu là rèn, đúc, gò và tái chế; một số làng tái chế sắt thép từng có lò nấu nhỏ và thường gặp vấn đề ô nhiễm.
