فرایند تولید ورق سیاه
فرایند تولید ورق سیاه با عملیات نورد گرم بر روی تختال انجام می‌شود. روش تولید به‌وسیله نورد گرم باعث تغییرات بسیار زیادی در خواص فیزیکی ماده اولیه خواهد شد. خواص فیزیکی ایجاد شده در ورق سیاه طی مراحلی که در ادامه شرح خواهیم داد، باعث محبوبیت بسیار زیاد این محصول در صنایع مختلف از جمله ماشین آلات صنعتی شده است، همین امر عاملی گردیده تا قیمت ورق سیاه مورد توجه زیاددر طراحی پروژه‌ها قرار گرفته است.
فرایند تولید ورق سیاه چگونه است؟
ورق سیاه، نوعی ورق فولادی به شمار می‌رود که به روش نورد گرم طراحی و تولید می‌شود. در این روش، شمش‌های فولادی در دمای بالاتر از ۹۳۰ درجه سانتی‌گراد نورد خواهند شد. در نتیجه این فرآیند، ورق فولادی به شکل یکنواخت و صاف در می‌آید. به دلیل اهمیت قیمت ورق سیاه و مقاومت بالای آن، کاربردهای متنوعی از این ورق در صنایع مختلف از جمله ساخت و ساز، خودروسازی، لوازم خانگی و بسته‌بندی شاهد هستیم.
مراحل تولید ورق سیاه با انجام فرایند نورد گرم بر روی اسلب (Slab) یا تختال انجام می‌شود. تختال یک محصول نیم ساخته فلزی به حساب می‌آید که در فرایند تولید ورق سیاه به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود.
روش تولید این محصولات به این صورت است که تختال در ابتدا وارد کوره می‌شود تا به دمایی در حدود ۱۲۸۰ درجه سانتی‌گراد برسد. فولاد حرارت دیده برای انجام عملیات نورد از میان غلتک‌هایی عبور می‌کند که در خلاف جهت یکدیگر حرکت می‌کنند. حال نیرویی که از سمت غلتک‌ها به تختال وارد می‌شود سبب کاهش ضخامت و افزایش طول تختال خواهد شد. به دلیل فشار وارده بر قطعه خواص فیزیکی و مکانیکی محصول خروجی بهبود خواهد یافت.
در مرحله بعد تختالی که عملیات نورد بر روی آن صورت گرفته تا حدود ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود؛ هدف از افزایش دما در فرایند تولید ورق سیاه، برطرف کردن عیوب ریزساختاری است. اما باید در تنظیم دما دقت کافی صورت گیرد زیرا در صورت بی توجهی به این امر هزینه‌های اضافه خواهیم داشت. علاوه بر این مورد، در صورت انتخاب دمای نامناسب ممکن است رسوباتی ناخواسته در ساختار تشکیل شود.
در ادامه تختال‌ها با آب پوسته زدایی می‌شوند و با عبور از قفسه‌هایی ضخامت تختال‌ها ۷۵ درصد کم می‌شود. به دلیل کاهش ضخامت تختال‌ها، عرض ورق‌های تولیدی افزایش می‌یابد. حال بر روی این تختال‌ها عملیات نورد خشن انجام خواهد گرفت، در قفسه‌های تعبیه شده در نورد خشن ۲ الی ۴ غلتک وجود دارد. نکته قابل توجه در این شیوه از نورد دمای بسیار بالا است. تختال‌ها با عبور از مرحله نورد خشن به جعبه‌های کلاف می‌رسند، هدف از قرار دادن جعبه‌های کلاف در این مرحله یکنواخت کردن خواص مکانیکی و دمای ورق است. حال ورق‌ها مجدد با آب پوسته‌زدایی می‌شوند و به مرحله نهایی ارسال می‌شوند. در مرحله نهایی ۵ تا ۷ قفسه به منظور نورد قرار گرفته است با عبور ورق از تمامی این قفس‌ها ضخامت ورق تولید شده بار دیگر کاهش می‌یابد (حدود ۱ تا ۴ میلی‌متر). بعد از خارج شدن ورق از مرحله نهایی، ورق‌ها روی میزهای خنک کننده (میزها طولی بین ۱۵۰ تا ۲۰۰ متر دارند) قرار می‌گیرند، با این کار دمای ورق‌های تولیدی کاهش خواهد یافت. فرایند تولید ورق سیاه به پایان رسیده است و ورق‌ها آماده بارگیری از کارخانه هستند.
به طور کلی کارخانه‌های تولیدکننده ورق سیاه از چهار روش برای ساخت این محصول استفاده می‌کنند که عبارت‌اند از:
- تولید گندله (pellet) به وسیله فرآوری سنگ‌آهن و تبدیل آن به آهن اسفنجی: سنگ‌آهن به همراه ناخالصی‌های خود به گلولههایی به نام گندله تبدیل و پخته می‌شود، گندله طی فرآیند احیای مستقیم در واکنش با کربن، آهن خالص را حاصل می‌کند و چون اکسیژن خود را از دست می‌دهد، حالت اسفنجی به خود گرفته و به آن آهن‌اسفنجی نیز می‌گویند که در مراحل بعد استفاده می‌شود.
- تولید فولاد مذاب: آهن‌اسفنجی در این مرحله درون کوره قوس الکتریکی قرار می‌گیرد تا به فولاد مذاب تبدیل شود. گرید ورق آهنی با توجه به ترکیب عناصر شیمیایی که در این مرحله بعد از سرباره‌گیری اضافه می‌شود، تعیین می‌گردد و برای داشتن ترکیب یکنواخت به آن گاز دمیده می‌شود.
- تولید تختال (slab): در این مرحله فولاد مذاب بعد از تصفیه به وسیله پاتیل درون ماشین ریخته‌گری سرازیر می‌شود و این ماشین قالبی دارد که به شکل نوار مستطیلی است و مذاب با قرار گرفتن درون این قالب به شکل آن درآمده و به وسیله جریان آب خنک می‌شود. در این مرحله نوارهای مستطیلی با ضخامت ۲۰ سانتی‌متر خارج می‌شود که همان تختال‌های مورد نظر است.
- نورد گرم: در این مرحله تختال داخل کوره پیش‌گرم با دمای 1200 درجه سانتی‌گراد قرار گرفته و شکل‌پذیر می‌گردد؛ سپس نورد خشن و نورد بیشتر برای گرفتن ضخامت موردنظر با عبور از غلتک انجام شده و نتیجه آن ورق سیاه است که به دو صورت کلاف یا با استفاده از دستگاه‌های برش به صورت صفحات با ابعاد مشخص به عنوان ورق سیاه برش خورده خارج می‌شود.
مراحل تولید ورق آهنی به روش نورد گرم
فرآیند تولید ورق سیاه به روش نورد گرم از گذشته تا به امروز در حال انجام است. اما تفاوت در این است که دستگاه‌های امروزی، توان تولید میزان ورق را در یک مدت زمان مشخص دارند و غالبا کیفیت ورق‌های تولیدی جدید نیز بسیار بالا خواهد بود. در ادامه به مراحل تولید ورق سیاه ( ورق آهنی) می‌پردازیم.
مرحله اول: آماده سازی مواد اولیه
در این مرحله مواد فلزی مورد نیاز انتخاب خواهند شد. موادی همچون فولاد، آلومینیوم، مس و عناصری مانند گوگرد، فسفر و منگنز که اغلب به صورت بلیت‌ها یا شمش‌های بزرگ تهیه می‌شوند و برای حرارت دیدن آماده سازی می‌گردند. همچنین در این مرحله سنگ آهن به همراه ناخالصی‌های خود تبدیل به گلولههایی به نام گندله شده و پخته خواهد شد.
مرحله دوم: کوره بلند
در این مرحله، بیلت ها یا شمش‌های انتخاب شده در کوره‌های بلند پیش گرم کن به دمای بالاتر از نقطه تبلور مجدد می‌رسند و انعطاف‌پذیری مطلوب را بدست خواهند آورد. این کوره‌ها بدین گونه هستند که پس از ورود شمش‌ها یا بیلت های مورد استفاده به کوره، در داخل آن شروع به حرکت کرده و تا زمان رسیدن به آخر آن، به دمای مناسب می‌رسند. پس از آن هم توسط اجکتور از کوره خارج می‌گردند.
مرحله سوم: تصفیه چدن
کنورتور ال دی کوره ای است که که در فرآیند تولید ورق آهنی به روش اکسیژن قلیایی به‌کارگیری می‌شود. در این کوره اکسیژن خالص با فشار زیاد به صورت عمودی روی مذاب دمیده و واکنش های شیمیایی و سرباره ایجاد می‌گردد. در این مرحله تصفیه چدن با استفاده از کنورتور ال دی صورت گرفته و آلیاژسازی رخ خواهد داد.
مرحله چهارم: ریخته گری
در این مرحله شمش‌های فولادی( تختال) تولید می‌شوند. ضخامت این شمش ها ۲۰ سانتی‌متر و طول آن‌ها ۱ متری خواهد بود.
مرحله پنجم: نورد گرم
در این مرحله تختال درون کوره پیش گرم قرار می‌گیرد و شکل‌پذیر می‌شود. سپس عملیات نورد گرم جهت گرفتن ضخامت مورد نظر با عبور از غلتک انجام شده و نتیجه آن ورق سیاه است که ضخامت آن‌ها تنظیم شده و برای خنک کاری آماده سازی می‌شوند. برای اطلاعات بیشتر در مورد نحوه انجام فرآیند نورد گرم می‌توانید به مقاله نورد گرم نگاهی بیندازید.
مرحله ششم: خنک کاری
دمای فلز در این مرحله به کمک روش‌های مشخص شده در مدت زمان معینی پایین آمده و قطعه سرد و منقبض خواهد شد. از آنجایی که فلز در مرحله آخر منقبض می‌گردد، اندازه‌گیری شکل نهایی آن به صورت دقیق ممکن نخواهد بود و به همین دلیل این فرآیند برای مواردی که نیاز به ابعاد دقیق دارند، مناسب نیست.
مرحله هفتم: برش و بسته‌بندی
پس از سرد شده فلز مورد نظر، بسته به کاربرد به طول های دلخواه برش داده شده و بسته‌بندی آن انجام می‌گیرد و در نهایت هم آماده حمل و نقل خواهند شد.
مراحل تولید ورق فولادی به روش نورد سرد
بر خلاف نورد گرم، عملیات نورد سرد در دمای محیط انجام می‌پذیرد. در این روش، فلز از غلتک‌های نورد سرد در دمایی کمتر از دمای تبلور مجدد عبور خواهد کرد تا فلز فشرده شده و نازک‌تر گردد. این فرآیند منجر به سخت‌تر شدن فلز به لحاظ شکل دهی شده و قدرت تسلیم و سختی آن را هم بالا خواهد برد.
نکته‌ای که در مراحل تولید ورق فولادی به روش نورد سرد بایستی به آن توجه شود این است که برای انجام این عملیات بر روی ورق‌ها، ابتدا باید فرآیند نورد گرم پشت سر گذاشته شود تا مقداری کاهش ضخامت در آن‌ها اتفاق بیفتد. بدین ترتیب، فرآیند نورد سرد مدت زمان بیشتری را نسبت به نورد گرم می‌طلبد. برای دریافت اطلاعات بیشتر در زمینه نحوه دقیق انجام فرآیند نورد سرد می‌توانید به مقاله نورد سرد مراجعه نمایید.
کارخانه های تولید کننده ورق آهنی
در حال حاضر کارخانجات مختلفی در ایران اقدام به تولید و عرضه ورق آهنی به بازار می‌کنند که در ادامه به برخی از مشهورترین آن‌ها اشاره خواهیم کرد:
- شرکت فولاد مبارکه اصفهان
- شرکت فولاد اکسین خوزستان
- شرکت صنایع هفت الماس
- شرکت فولاد غرب آسیا
- شرکت فولاد امیرکبیر کاشان
- شرکت فولاد کاویان اهواز
- کارخانه فولاد گیلان
- شرکت تاراز چهارمحال
سخن پایانی
فرآیند نورد گرم سنگ بنای صنعت تولید فلز به شمار می‌رود که امکان تبدیل مواد خام به طیف وسیعی از محصولات با خواص مکانیکی عالی را فراهم خواهد ساخت. کاربردهای ورق سیاه در صنعت ساخت و ساز، خودروسازی، انرژی، ماشین‌آلات، کشتی‌سازی و غیره فراوان است و مقاومت و استحکام بالایی از خود نشان می‌دهد. فرآیند نورد گرم و سرد بسیاری از نیازهای صنعتی را رفع کرده و زندگی را برای انسان‌ها آسان‌تر کرده است.
در این مقاله انواع فرآیندی که برای تولید ورق سیاه بکار گرفته می‌شود، شرح داده شده است. هر 4 روش به تفکیک بیان شده و مراحل ارائه شده است. کیفیت هر یک از این روش ها، بر قیمت محصول تولیدی از آن موثر خواهد بود.
