تولید ورق‌های فولادی که سال‌هاست در تمام صنایع کاربرد دارند نمادی از قدرت یک کشور در عرصه فناوری و تولیدات است. ایران نیز مانند اغلب کشورهای قدرتمند دنیا در زمینه تولید ورق‌های فولادی دستی بر آتش دارد. از آنجا که ایران خود یکی از منابع غنی سنگ آهن شناخته می شود، کارخانه‌های زیادی در کشور ما تاسیس شده و هر کدام به نحوی در فرآیند تولید ورق فولادی تلاش می‌کنند. البته انجام فرآیند تولید ورق آهن آن هم به درستی و بدون هیچ عیب و نقصی راحت نبوده و رعایت ظرافت و پیش نیازهایی برای انجام آن واجب است. ورق‌های فولادی از فرآیند نورد بر روی اسلب یا تختال فولادی تولید می‌شوند و مقدار ضخامت آن‌ها توسط نیروی نورد تعیین می‌شود. این‌چنین، انواع ورق‌های فولادی ضخامتی بین 0.2 تا 6 میلی‌متر داشته و مقاطع تخت حاصل از نورد که بیش از 6 میلی‌متر ضخامت دارند را صفحه یا پلیت می‌گویند. باوجود اینکه نحوه کاهش ضخامت در هر دو روش نورد سرد و نورد گرم مشابه است، اما تفاوت در مراحل تولید ورق فولادی که ناشی از ماهیت فرآیند نورد گرم و سرد است، سبب تولید ورق‌هایی با مشخصات ساختاری، کیفیت سطحی و ابعاد متفاوت می‌شود.در این مقاله با روش‌ها و مراحل تولید ورق فولادی آشنا شوید؛ پس تا انتهای مطلب با ما همراه باشید.
بیشتر بخوانید : همه چیز دربارۀ ورق‌های فولادی (ورق آهن)
روش تولید ورق فولاد در کارخانه
می‌دانیم که ورق‌های فولادی به دو روش نورد گرم و نورد سرد تولید می‌شوند، اما اجازه دهید تا ابتدا با صفر تا صد مراحل تولید ورق فولادی در کارخانه آشنا شده و در عین حال فرآیندهای نورد را بشناسیم. در واقع شروع مراحل تولید ورق فولادی در کارخانه‌ها از تولید آهن خام کلید خورده و تا تولید ورق‌های فولادی ادامه پیدا می‌کند که به‌صورت زیر هستند:
- فرآوری سنگ آهن اولیه استخراج شده
- تولید آهن اسفنجی
- تولید شمش فولاد (تختال)
- تبدیل شمش فولادی به کلاف‌های نرم از طریق فرآیند نورد گرم
- تولید کلاف‌های نرم از طریق فرآیند نورد سرد
- انجام عملیات تکمیلی تولید فولاد و محصول نهایی کلاف
- انجام آخرین مرحله و پوشش‌دهی به ورقه‌های فولادی مانند گالوانیزه، رنگی و…
اما ببینیم هر کدام از مراحل تولید ورق فولادی به چه صورتی و با چه فرآیندی انجام می‌شوند؟
فرآوری سنگ آهن اولیه استخراج شده
در مرحله اول، که شروع فرآیند تولید ورق فولادی شناخته می‌شود، طی عملیاتی خاص، ناخالصی فلزی را از سنگ آهن خرد شده جدا کرده و طی فرآیندی به نام گندله‌سازی و پختن سنگ آهن مذکور، آن را به شکل گلوله درمی‌آورند تا آماده استفاده شود.
تولید آهن اسفنجی
در مرحله دوم از گندله تولید شده در فرآیند احیا مستقیم با عنصر کربن واکنش پیدا کرده و آهن خالص را تولید می‌کند. از آنجا که در طی این مرحله گندله اکسیژن خود را از دست خواهد داد بنابراین حالتی تخلخلی و به شکل اسفنج به خود می‌گیرد که به‌همین دلیل آن را آهن اسفنجی نیز می‌گویند. این آهن اسفنجی را به‌تدریج به‌عنوان ماده اولیه تولید فولاد در سایر مراحل تولید ورق فولادی مورد استفاده قرار می‌دهند.
تولید شمش فولاد ( تختال )
در سومین مرحله از مراحل تولید ورق فولادی، فولاد مذاب را در پاتیل‌های حجیمی خالی و جهت انجام عملیات تکمیلی ارسال می‌کنند. فولاد مذاب با دمایی نزدیک به 1650 درجه سانتی‌گراد باید بعد از عملیات تکمیلی وارد مرحله ریخته‌گری شود. پس از این مرحله، فولاد مذاب تولید شده که وارد ماشین‌های ریخته‌گری شده‌اند به صورت شمش یا تختال درآمده و پاتیل‌های مذاب را بر روی برج ریخته گری که قادر است تا دو پاتیل را در خود نگه دارد، قرار می دهند. در نهایت پس از فرآیندهای حاشیه‌ای دیگر مانند تاندیش و توالی مواد مذاب در قالب تخلیه شده و توسط جریان آب اطراف قالب‌ها خنک و با طی یک مسیر نیم قوسی به شکل نواری طولانی با یک مقطع مستطیل شکل از ماشین ریخته‌گری خارج شده و شمش‌های فولادی را شکل می‌دهند.
مراحل تولید ورق فولادی به روش نورد گرم
به‌طورکلی، مراحل تولید ورق فولادی شامل سه مرحله تولید تختال فولادی از طریق ریخته‌گری مداوم، نورد گرم تختال برای کاهش ضخامت آن و رسیدن به ابعاد و سایز استاندارد ورق و در نهایت انجام نورد سرد به منظور کاهش بیشتر ضخامت و بهبود خواص سطحی آن می‌شود. البته اگر هدف تولید ورق سیاه باشد، این مراحل کوتاه‌تر شده و دیگر نیازی به انجام نورد سرد نیست.
تختال‌های تولیدشده در مرحله ریخته‌گری مداوم دارای ضخامتی در حدود 160 تا 300 میلی‌متر، عرض 600 تا 2200 میلی‌متر و طول 5 تا 16 متر هستند. به‌دلیل ضخامت بالا، نیاز است تا برای انجام فرآیند نورد، این تختال‌ها ابتدا حرارت‌دهی شوند تا با نیروی کمتر و به‌صورت راحت‌تر نورد شوند. به‌همین دلیل، قبل از انجام نورد تختال را تا دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد فولاد و در محدوده 1070 تا 1360 درجه سانتی‌گراد در کوره حرارت می‌دهند تا پیش گرم شوند.
مراحل تولید ورق فولادی نورد گرم شامل فرآیندهایی به‌صورت زیر است:
- کوره‌های پیش گرم
- پوسته شکن
- نورد چهار غلتکه یا دو غلتکه و یا پرس‌کاری
- میز انتقال تختال
- دستگاه برش و پوسته شکن ثانویه
- نورد پایانی
- خنک‌کن‌های آبی
- دستگاه‌های بسته‌بندی
انجام پیش گرم بر روی تختال فولادی، سطح آن که در دمای بالا قرار دارد با اکسیژن محیط واکنش داده و اکسیدهایی به صورت پوسته‌پوسته بر روی آن تشکیل می‌شوند. این پوسته‌های اکسیدی سطحی توسط جریان آب با فشار بالا از سطح جدا می‌شوند. امروزه این مرحله به‌صورت مجزا در فرآیند نورد گرم ورق فولادی انجام می‌پذیرد و در گذشته که خط تولید ورق نورد گرم متفاوت بود، پوسته‌زدایی توسط نورد عمودی که هم وظیفه کاهش ضخامت و هم اکسیدزدایی را برعهده داشت انجام می‌شد.
پس از حذف اکسیدهای سطحی، نورد چهار غلتکه یا دو غلتکه برای رساندن ضخامت تختال به 20 الی 60 میلی‌متر انجام می‌شود. این فرآیند سطحی خشن را برای ورق‌های فولادی به همراه دارد. عرض تختال نیز برای رسیدن به عرض استاندارد ورق توسط دو غلتک عمودی که در دو طرف این خط تولید نصب شده‌اند، کنترل می‌شود و این غلتک‌ها با حرکت‌های رفت و برگشتی، از عرض تختال می‌کاهند.
سپس این تختال نورد شده توسط یک میز انتقال به سمت دستگاه‌های برش و پوسته شکن ثانویه حرکت کرده و قسمت‌های ابتدایی و انتهایی آن برش زده شده و مجدداً توسط جریان آب فشار بالا پوسته‌زدایی می‌شوند. مرحله انتهایی نیز شامل کاهش بیشتر ضخامت ورق به حدود 1.5 تا 20 میلی‌متر توسط فرآیند نورد 4 تا 7 غلتکه می‌شود.
پس از این مرحله، کاهش دمای ورق به منظور کویل پیچ کردن آن توسط خنک‌کننده‌های آبی انجام می‌شود تا دما به محدوده 500 تا 780 درجه سانتی‌گراد برسد. سپس نیز با کویل پیچی، ورق‌ها از خط نورد خارج می‌شوند و بسته‌بندی آن‌ها صورت می‌پذیرد.
مراحل تولید ورق فولادی به روش نورد سرد
برای تولید ورق‌های فولادی با کیفیت سطحی بسیار خوب که دارای سطحی صاف و صیقلی باشند، نیاز به انجام فرآیند نورد سرد است. این فرآیند به‌دلیل اینکه در دمای اتاق انجام می‌شود، سبب ایجاد پوسته‌های اکسیدی نشده سطح آن نیز عاری از پستی و بلندی است.
اما نکته‌ای که باید به آن توجه شود این است که برای انجام نورد سرد بر روی ورق‌ها، ابتدا آن‌ها باید فرآیند نورد گرم را پشت سر بگذارند تا مقداری کاهش ضخامت در آن‌ها اتفاق افتد. بنابراین، مراحل تولید ورق فولادی نورد سرد افزایش یافته و فرآیند تولید آن زمان بیشتری را نسبت به تولید ورق نورد گرم می‌طلبد. سپس این ورق‌ها اسیدشویی شده تا سطح آن‌ها کاملاً تمیز شود و با عبور از بین غلتک‌ها، ضخامت آن‌ها حتی تا 0.2 میلی‌متر نیز قابل کاهش است.
در این مرحله، اگر هدف تولید ورق روغنی یا اسیدشویی باشد، یک لایه روغن بر روی سطح اعمال شده و سپس نورد انجام می‌شود و چنانچه هدف تولید ورق گالوانیزه و رنگی باشد، باید مراحل گالوانیزه کردن و رنگ‌آمیزی را نیز پشت سر بگذارند. فرآیند نورد سرد پایه و اساس تولید ورق‌هایی همچون ورق روغنی، ورق اسیدشویی، ورق گالوانیزه و ورق رنگی است که همگی کیفیت بالاتری نسبت به ورق‌های نورد گرم یا ورق سیاه دارند.
تفاوت ورق‌های تولیدشده به روش نورد گرم و سرد
یکی از اصلی‌ترین تفاوت‌های ورق‌های نورد گرم و ورق‌های نورد سرد، ظاهر سطح تمام‌شده آن‌هاست. ورق نورد گرم به دلیل اعمال دمای بالا، دارای سطحی تیره و خشن بوده که کیفیت پایینی دارد و در مقابل، سطح ورق نورد سرد به دلیل فرآیندهای اسیدشویی و نیز انجام نورد در دمای اتاق، صاف و صیقلی است. به‌همین دلیل، ورق‌های نورد سرد برای کاربردهایی که در معرض دید قرار دارند و جلوه ظاهری پروژه مهم است، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
تفاوت مهم دیگر، خواص ورق‌های نورد گرم و نورد سرد است. نورد گرم به‌دلیل اینکه در دمای بالا انجام می‌شود، شامل تأثیر توأم حرارت و کار مکانیکی است و به آن فرآیند ترمومکانیکی نیز گفته می‌شود. حرارت‌دهی در دمای بالای تبلور مجدد سبب پالایش دانه‌ها شده و جهت‌گیری دانه‌های ریزساختار را عوض می‌کند. سپس با انجام عملیات نورد، ریز شدن دانه‌ها و افزایش استحکام حاصل می‌شود. اما ازآنجایی‌که نورد سرد در دمای محیط انجام می‌شود، تنها ریزدانگی در آن اتفاق افتاده و دانه‌ها در جهت انجام نورد کشیده می‌شوند و این امر سبب افزایش بیشتر خواص مکانیکی ورق‌های نورد سرد نسبت به ورق‌های نورد گرم می‌شود.
دیگر تفاوت ورق‌های نورد گرم و نورد سرد، دقت ابعادی و تلرانس ابعاد است. ورق‌های نورد سرد دقت ابعادی بالاتری داشته و لبه‌های تیز دارند. حال‌آنکه، ورق‌های نورد گرم اغلب شامل اعوجاج‌های لبه‌ای بوده و لبه‌های گرد دارند.
در انتها نیز باید به این نکته اشاره کرد که به دلیل فرآیند تولید ساده‌تر شامل کوتاه‌تر بودن مراحل تولید ورق فولادی نورد گرم، سطح تمام‌شده با کیفیت پایین‌تر، خواص مکانیکی ضعیف‌تر و نیز دقت ابعادی کمتر، ورق‌های نورد گرم همچون ورق سیاه دارای قیمت ارزان‌تری نسبت به ورق‌های نورد سرد هستند
انجام صحیح تمامی مراحل فوق بر کیفیت ورق های فولادی مانند ورق رنگی، گالوانیزه و .. تاثیرگذار می‌باشد که البته یکی از عوامل تعیین‌کننده قیمت انواع ورق‌ها نیز همین کیفیت ساخت کارخانه تولیدکننده آن است. برای مشاهده قیمت ورق رنگی بر روی این لینک کلیک کنید.
جمع بندی
مراحل تولید ورق فولادی شامل تولید تختال یا اسلب فولادی و سپس انجام فرآیند نورد گرم و نورد سرد بر روی آن است تا ورق‌های دلخواه و متناسب با خواص مورد نیاز تولید شوند. فرآیند نورد گرم و نورد سرد خواص و مشخصات منحصربه‌فردی را برای ورق به ارمغان می‌آورند که ناشی از انجام فرآیند نورد در دماهای کاری متفاوت است. ورق‌های فولادی نورد گرم به‌دلیل اینکه حرارت زیادی را متحمل می‌شوند، سطح مات‌تر، خشن‌تر و نیز خواص مکانیکی ضعیف‌تری نسبت به ورق‌های نورد سرد دارند. در مقابل، ورق‌های نورد سرد به دلیل انجام عملیاتی همچون اسیدشویی و روغن‌کاری، سطحی صیقلی و درخشان داشته و به خاطر انجام نورد در دمای پایین، از استحکام بالاتری برخوردارند.
سؤالات متداول