تولید مفتول گالوانیزه
مفتول فولادی مصارف بسیار گسترده و روز افزونی دارد. از جمله می توان به مصارف ساختمانی و صنعتی آن اشاره کرد که تأکید ما بیشتر به مصارف صنعتی خواهد بود. کارخانجات نورد جهت تولید مفتول گلوانیزه، شمش مورد نیاز را در کوره های پیش گرم قرار داده و حدود ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد گرم می کنند و سپس آن را به دستگاه های نورد هدایت می کنند.
متناسب با ابعاد شمش و قطر مفتول مورد نیاز، شمش سرخ شده قبل از رسیدن به دمای ۱۰۰۰ درجه اسانتیگراد از تعداد مشخصی غلطک نورد عبور کرده و سپس توسط کویلرهای مخصوص به صورت کلاف (وایرود) در می آید. همانگونه که ریخته گری شمش و درستی درصد عناصر موجود در آلیاژها از اهمیت بالایی برخوردار است، نورد این شمش و تکنیک تبدیل آن به مفتول نیز برای کارخانجات مصرف کننده بعدی (صنایع کشش) اهمیت حیاتی دارد.
یکی از این تکنیک ها، نحوه سرد شدن شمش در حال نورد و مفتول نورد شده نهایی می باشد. همانطور که در ابتدای این مطلب ذکر شد، شمش آماده نورد تا دمای حدود ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد پیش گرم می شود و سپس به دستگاه نورد سپرده می شود. روش صحیح سرد شدن این است که این دما در ایستگاه نورد اولیه می بایست حدود ۵۵ درجه و در ایستگاه های بعدی حدود ۹۲ درجه و دوباره در ایستگاه نهایی حدود ۵۵ درجه از دمایش کاسته شود به طوری که درجه حرارتش در ایستگاه پایانی بین ۹۸۰ تا ۱۰۱۰ درجه سانتیگراد باشد.
چنانچه سرد شدن بیشتر از این میزان باشد محصول نهایی به ویژه اگر از فولادهای پر کربن باشد شکننده خواهد شد و سرعت سرد شدن خیلی کم هم باعث ایجاد پوسته بسیار ضخیمی از اکسید آهن بر روی محصول نهایی خواهد شد که برطرف کردن آن بسیار مشکل و از نظر اقتصادی هم این محصول مقرون به صرفه نمی باشد. در پروسه خنک شدن شمش در حال تبدیل به مفتول گالوانیزه، دمای حدود ۷۲۷ درجه سانتیگراد را دمای بحرانی می نامند. در این دما کربن در آهن وضعیتی پیدا می کند (تشکیل صفحات پرلیتی) که آهن را نسبتا سخت کرده و کشش کمی بر روی آن می توان انجام داد. حال اگر بتوان دما را از این ناحیه به حدود 649 درجه سانتیگراد تقلیل داد صفحات پرلیتی بسیار نازک تر تشکیل می گردد و در نتیجه میلگرد تولیدی قابلیت کشش بیشتری خواهد داشت.
بهترین کیفیت تولید مفتول گالوانیزه در این است که که دمای مذکور با سرعت زیادی به حدود ۵۳۸ درجه برسد. در مراحل تولید شمش و نورد آن مشکلات و معایبی ممکن است بروز کند که در نتیجه آن مفتول تولید شده (وایرود) دارای نواقصی باشد. در اینجا به برخی از این عیوب به صورت مختصر اشاره ای خواهیم داشت. بعضا در کارخانجات کشش مفتول مشاهده می شود که مفتول کشیده شده دارای درز طولی می باشد و با خم کردن مفتول این درز باز شده و کاملا مشهود می گردد. این عیب بر می گردد به کارخانه ذوب، یعنی هنگام ریخته گری و خنک کردن شمش مشکلی وجود داشته که باعث ایجاد شکاف یا درز کوچکی در شمش گردیده و عيب از چشم آزمایشگاه کنترل کیفیت کارخانه نیز به دور مانده است. این درز در کارخانجات نورد و کشش از بین نمی رود بلکه نازک تر شده و در اطول محصول ادامه می یابد. در این دو کارخانه هر جا این عیب مشاهده گردید، می بایست ادامه اکار متوقف شود، زیرا اگر این شمش به مفتولی به قطر یک میلیمتر هم تبدیل شود این درز وجود خواهد داشت و از بین نمی رود.
نکاتی مهم در تولید مفتول گالوانیزه
یکی دیگر از عیوب مفتول گالوانیزه که هنگام ریخته گری شمش ایجاد می شود و معظلی برای کارخانجات کشش ایجاد می کند وجود حفره یا ناخالصی و ذرات پراکنده در شمش می باشد حفره ها در شمش به اندازه های مختلف از خیلی کوچک تا خیلی بزرگ وجود دارند. سوراخ های ته سنجاقی کوچک معمولا در نزدیکی سطح قرار داشته و از محبوس شدن گازهای منواکسید کربن یا هیدروژن به وجود می آیند.
حفره های بزرگتر در تمام حجم شمش وجود دارند دلیل اصلی وجود این حفره ها به شرح زیر است: وقتی فولاد به صورت مذاب باشد قابلیت حل کردن مقداری از گازها را دارد ولی در هنگام انجماد این قابلیت را به مقدار زیادی از دست می دهد. از این رو گازهای حل شده که به علت خمیری بودن انجماد نمی توانند خارج شوند محبوس شده و حفره هایی را به وجود می آورند. این گازها عبارتند از: ازت، اکسیژن و هیدروژن که علاوه بر عیب مذکور (ایجاد حفره) باعث شکنندگی و کم شدن قابلیت انعطاف فولاد نیز می شوند. بهترین روش رفع این مشکل ریخته گری شمش در خلاء است.
در کارخانجات مدرن برای تولید شمش های مرغوب این عمل را انجام می دهند، زیرا قابلیت انحلال گازها در فلزات مذاب با جذر فشار محیط متناسب می باشد و از این رو هر گاه فشار کم باشد قابلیت انحلال کاهش می یابد. یکی دیگر از روش های از بین بردن حفره های اکسیژن یا حباب های موجود در شمش، افزودن آلومینیوم یا سیلیسیم و یا منگنز به مقدار کافی به مذاب می باشد این عناصر که میل ترکیبی شدیدی با اکسیژن دارند با آن ترکیب شده و مانع اکسید شدن آهن می شود و خود به صورت اکسید به سرباره مذاب می روند و از مذاب جداسازی می گردند. با این روش شمش تولید شده را آلومینیوم کیلد یا سیلیسیم گیلد می گویند که برای تولید مفتول گالوانیزه پیچ و پرچ بسیار مناسب بوده و خاصیت شکل پذیری و چکش خواری زیادی خواهند داشت. اصطلاحا این مفتول ها CHQ را (cold heading quality ) می نامند. (کیفیت مخصوص کله زنی سرد را دارند) گاهی اوقات در هنگام کشش مفتول گالوانیزه به برش یا شکست مفتول مواجه می شویم و با مشاهده مقطع شکسته شده ذرات ناخالصی با چشم غیر مسلح نیز قابل رویت است.
وجود ذرات ناخالص -2 مذاب نیز یکی دیگر از عیوب شمش می باشد. ذرات کوچک و میکروسکوپی ناخالصی که می تواند شامل سولفور منگنز( Mns در متالوگرافی به رنگ خاکستری)، سولفور آهن (Fes در متالوگرافی به رنگ قهوه ای) و یا ذرات آجر نسوز که از دیواره کوره ها به داخل مذاب ریخته شده است تشکیل گردند. معمولا این ناخالصی ها به بالای فلز مذاب می روند ولی در موقع خمیری شدن و انجماد در تمام حجم فلز محبوس شده و یافت می شوند. این ذرات ناخالصی ها ممکن است مقداری از سیلیکات ها و اکسیدها باشند. این عیب فقط باید در هنگام تصفیه فولاد برطرف شود و بعد از انجماد هیچ علاجی ندارد. فولادهایی که دارای مقدار زیادی از این ذرات باشند فولادهای کثیف نامیده می شوند و مقاومت و خواص مکانیکی این نوع از فولادها کم خواهد شد. درجه ریخته گری شمش حائز اهمیت بسیاری است زیرا، اگر درجه حرارت خیلی بالاتر از درجه حرارت لازم باشد، شمش به دست آمده دارای ترک خوردگی خواهد بود و اگر این درجه حرارت کم باشد شمش دارای عیوب در سطح خواهد شد.
حرارت مورد نیاز در تولید مفتول گالوانیزه
حرارت ۱۹۰۰ درجه سانتیگراد برای ریخته گری شمش با ۱۰ تا ۱۵ درجه اختلاف حرارت قابل قبول میباشد. مطالب ذکر شده
تفاوت بین مفتول های خوب و بد که کیفیت آنها فقط مربوط به کارخانجات ذوب و نورد می باشد را نشان می دهد. تفاوت وایر ودهای تولیدی در کارخانجات مختلف ذوب و نورد در سه چیز خلاصه می شود: ١- درصد عناصر تشکیل دهنده شمش (آنالیز شیمیایی). ۲- نحوه ریخته گری شمش. ٣- نحوه تبدیل شمش به مفتول گلوانیزه که عمدتا به نحوه خنک شدن آن بستگی دارد. کشش مفتول یک شاخه مهم از فرم دهی سرد فلزات می باشد. کارخانجات کشش مفتول از صنایع زیردستی کارخانجات ذوب و نورد و خود از صنایع بالا دستی بسیاری از صنایع کوچکتر محسوب می شوند. به عبارتی کشش مفتول یک عملیات واسطه ای می باشد، چرا که سایز تولیدات کارخانجات ذوب و نورد بسیار محدود و انگشت شمار هستند ولی نیاز صنایع کوچک به مفتول با قطرهای مختلف بسیار زیاد است. عملیات کشش هیچگونه تغییری در درصد عناصر شیمیایی آلیاژ مفتول ایجاد نمی کند و فقط خواص مکانیکی یا فیزیکی از قبیل؛ سختی، حد مقاومت کشش، حد الاستیسیته و همچنین کیفیت سطح را تغییر می دهد. به عبارت دیگر؛ کشش مفتول وظیفه تغییر شکل یا کاهش سطح مقطع به ازاء افزایش طول را برعهده دارد. این کار در اثر عبور (کشش) مفتول با قطر بزرگ تر از مجرایی (دوزه) با قطر موردنظر کوچک تر در مجاورت یک روان ساز (پودر یا روغن کشش) صورت می گیرد. در این بخش برخی از اصطلاحات، محاسبات، عملیات و تعاریف این صنعت را تحت عناوین زیر مورد مطالعه قرار می دهیم.
- کاهش سطح مقطع
- افزایش طول
- تنش کششی
- تغيير طول نسبی در کشش
- حد الاستیک