تولید ورق گالوانیزه یک فرآیند بسیار مهم و حیاتی در بین انواع روش‌های ساخت و تولید در صنعت استل. این محصول قابلیت رقابت با کیفیت و قیمت بالای ورق استیل را داشته و می‌تواند جایگزین مقرون‌به‌صرفه‌ای برای آن باشد. ازاین‌رو، بهینه‌سازی فرآیند تولید ورق گالوانیزه برای تولید ورق‌هایی با حداکثر کیفیت و ارزان‌ترین قیمت، بسیار اهمیت دارد. با اینکه ما با محصول نهایی یعنی ورق گالوانیزه سروکار داریم، اما این پوشش گالوانیزه می‌تواند به روش‌های مختلفی ایجاد شود. درنتیجه خواص ورق نهایی نیز تابعی از روش گالوانیزه کردن و مشخصات و خواص مربوط به عنصر روی و ورق فولادی زیرین است. در اینجا به انواع روش‌های گالوانیزه کردن و مزایا و معایب هر یک اشاره خواهیم کرد.
ورق گالوانیزه چیست؟
ورق‌های گالوانیزه در واقع همان ورق‌های پایه فولادی هستند که با یک لایه محافظ از جنس عنصر روی پوشش داده شده‌اند. این ورق‌ها اغلب در حالت رول تولید و عرضه می‌شوند و ضخامت آن‌ها نیز در محدوده 0.3 تا 3 میلی‌متر متغیر است. این ضخامت مجموع ضخامت ورق زیرین و پوشش روی، در هر دو طرف ورق است اما با تقریب بسیار خوبی می‌توان کل این اندازه را به ورق زیرین نسبت داد. چراکه ضخامت پوشش در حد میکرون بوده و در مقایسه با ضخامت ورق فولادی زیرین قابل چشم‌پوشی است.
ورق‌های گالوانیزه به‌واسطه وجود پوشش روی از خواص مقاوم به خوردگی بسیار خوبی بهره می‌برند و این امر استفاده آن‌ها در محیط‌های ساختمانی و صنعتی را دوچندان کرده است. البته در کاربردهای ساختمانی و ساخت بدنه نیز برخی لوازم‌خانگی از حالت رنگ‌شده این ورق‌ها استفاده می‌شود که به ورق گالوانیزه رنگی معروف‌اند.
اما در محیط‌های صنعتی و برای ساخت تجهیزاتی مانند مخازن، کپسول‌ها و… حالت ساده آن‌ها که معمولاً حاوی گل‌های سطحی است استفاده می‌شود. این گل‌های سطحی که spangle نام دارند در سه حالت free spangle یا بدون گل، minimized spangle یا گل ریز و regular spangle یا گل درشت در حین فرآیند گالوانیزه کردن این ورق‌ها ایجاد می‌شوند. علت تشکیل گل‌های ورق گالوانیزه به ناخالصی‌های حمام مذاب روی و نیز سرعت سرمایش یا خشک شدن پوشش‌ها بعد از فرآیند آبکاری مربوط می‌شود.
فرآیند تولید ورق گالوانیزه چگونه است؟
گالوانیزه کردن شامل اعمال پوشش محافظ از جنس روی بر سطح فولاد یا آهن به‌منظور جلوگیری از زنگ‌زدگی و خوردگی زودرس این فلزات است. مصرف‌کنندگان ورق گالوانیزه که ممکن است از آن برای ساخت یا تعمیر سازه‌های فولادی استفاده کنند، به دلیل خواص ویژه آن، از هزینه‌های کمتری برای نگهداری و تعمیر بهره‌مند می‌شوند.
فرآیند تولید ورق گالوانیزه منجر به ساخت محصولی با مقاومت در برابر خوردگی بسیار خوب، دوام در شرایط سخت، عمر طولانی، تطبیق‌پذیری بالا، در دسترس بودن و پایداری مناسب می‌شود. بدون این لایه محافظ، ورق فولادی زیرین با قرارگیری در محیط‌های سخت یا خورنده و یا به دلیل شرایط جوی نامساعد به‌مرور دچار زنگ‌زدگی می‌شود.
میزان زنگ‌زدگی به محیطی که محصول در آن قرار می‌گیرد و نیز شرایط سطحی خود ورق بستگی دارد. هرچه کیفیت سطحی ورق گالوانیزه بهتر باشد و ضخامت پوشش محافظ در دو طرف آن در محدوده استاندارد باشد، از میزان خوردگی یا زنگ‌زدگی ورق کاسته می‌شود. در ادامه به طور مفصل و کامل به فرآیند تولید ورق گالوانیزه پرداخته می‌شود.
روش‌های مختلف گالوانیزه سازی
برای تولید ورق گالوانیزه روش‌های متنوعی وجود دارد که بر اساس خواص موردنیاز، میزان بودجه، نوع تمام‌کاری سطحی و… انتخاب می‌شوند. در ادامه به مهم‌ترین روش‌های مختلف گالوانیزه‌سازی اشاره می‌شود.
گالوانیزه گرم یا غوطه وری داغ (Hot-Dip Galvanizing)
گالوانیزه گرم پرکاربردترین و درعین‌حال اقتصادی‌ترین روش گالوانیزه کردن است. همان‌طور که از نام آن پیداست، این فرآیند شامل فروبردن ورق فولادی در حمام روی مذاب است. این حوضچه روی مذاب، اغلب دمایی در حدود 860 درجه فارنهایت (460 درجه سانتی‌گراد) دارد. در این روش ابتدا سطح ورق فولادی از هرگونه آلودگی اعم از چربی، گریس، اکسیدها و… پاک‌سازی می‌شود و سپس ورق‌ها وارد حمام مذاب روی می‌شوند.
یک پیوند متالورژیکی بین روی و فولاد از سطح شروع به تشکیل می‌کند. پس از بیرون کشیدن ورق از حمام، روی خالص با اکسیژن اتمسفر مخلوط می‌شود و اکسید روی را تشکیل می‌دهد. سپس، اکسید روی با دی‌اکسید کربن واکنش داده و کربنات روی را تشکیل می‌دهد.
کربنات روی پوشش نهایی ایجادشده روی سطح ورق پایه است. معمولاً سطح ورق گالوانیزه ساخته‌شده با این روش شامل یک سری الگوهایی است که همان‌طور که اشاره شد، به آن‌ها گل ورق گالوانیزه می‌گویند. این گل‌ها در واقع الگوی کریستالی فلز روی را در زمان انجماد پوشش نشان می‌دهند.
الکتروگالوانیزه یا گالوانیزه سرد (Electrogalvanizing)
برخلاف روش گالوانیزه داغ، در این نوع پوشش‌دهی از حمام روی مذاب استفاده نمی‌شود. بلکه این جریان الکتریکی است که نقش کلیدی را در انتقال یون‌ها و تشکیل پوشش ایفا می‌کند. با اعمال جریان الکتریکی، یون‌های عنصر روی در این حالت به‌عنوان آند عمل می‌کنند و روی سطح کاتد که همان ورق فولادی است رسوب می‌کنند. با ادامه فرآیند بر ضخامت لایه پوشش محافظ افزوده شده و آند به‌مرور مصرف می‌شود. مهم‌ترین مزیت این روش قابلیت کنترل فرآیند، مخصوصاً ضخامت پوشش روی در دو سمت ورق و ایجاد یک پوشش یکنواخت است.
گالوانیل کردن (Galvannealing)
گالوانیل کردن نتیجه ترکیب فرآیندهای آنیل و گالوانیزه گرم به‌منظور تولید یک پوشش آلیاژی روی سطح ورق فولادی است. فرآیند گالوانیل کردن از طریق آنیلینگ آنی و غوطهوری انجام می‌شود که نتیجه آن ایجاد یک پوشش خاکستری مات است. دلیل این رنگ خاکستری پوشش حضور مقدار قابل‌توجهی آهن در ترکیب شیمیایی این پوشش است.
ورق گالوانیل شده یک محصول آلیاژی روی-آهن (Fe-Zn) است که در آن ورق پایه توسط فرآیند غوطه‌ور شدن داغ پوشش داده می‌شود. سپس برای آلیاژسازی بین پوشش روی مذاب و فولاد، به ورق حرارت داده می‌شود تا ترکیب روی-آهن در آن ایجاد شود. ورق گالوانیل شده قابلیت جوشکاری و رنگ‌پذیری مناسبی دارد.
پیش گالوانیزه کردن (Pre-Galvanizing)
فرآیند پیش گالوانیزه کردن نیز شبیه به روش گالوانیزه گرم است، اما در همان مرحله اول تولید ورق گالوانیزه انجام می‌شود. پیش گالوانیزه کردن فرآیندی است که شامل چرخاندن ورق فلز از طریق یک ماده تمیزکننده برای آماده‌سازی سریع مواد برای گالوانیزه کردن است. سپس فلز از داخل حوضچه‌ای از روی مایع مذاب عبور داده می‌شود و بلافاصله کویل پیچ می‌شود. مزیت اصلی این روش این است که کویل‌های ورق فولادی را می‌توان با سرعت بالاتری در مقیاس بزرگ و نیز با پوشش یکپارچه‌تری نسبت به روش سنتی غوطهوری گرم گالوانیزه کرد.
مزایای گالوانیزه کردن چیست؟
فرآیند تولید ورق گالوانیزه دارای مزایای متعددی است که باعث می‌شود این ورق در صنایع مختلف به‌طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد. در اینجا برخی از مزایای فرآیند گالوانیزه کردن آورده شده است:- حفاظت در برابر خوردگی: پوشش گالوانیزه محافظت در برابر خوردگی بسیار بالایی فراهم می‌کند، زیرا پوشش روی به‌عنوان یک آند فداشونده عمل می‌کند. بدین معنی که قبل از فولاد یا آهن زیرین خورده می‌شود. بنابراین از زنگ‌زدگی و خوردگی بیشتر جلوگیری می‌کند.
- طول عمر: پوشش‌های گالوانیزه بسیار بادوام هستند و می‌توانند برای چندین دهه حتی در محیط‌های سخت و خورنده محافظت کاملی ایجاد نمایند. این امر باعث افزایش طول عمر ورق‌های پوشش‌دار می‌شود و نیاز به تعویض مکرر را کاهش می‌دهد.
- کاهش الزامات تعمیر و نگهداری: سطوح گالوانیزه به حداقل تعمیر و نگهداری نیاز دارند. آن‌ها در برابر عوامل محیطی مانند اشعه ماوراءبنفش و رطوبت مقاوم هستند و نیازی به رنگ‌آمیزی مجدد یا استفاده از سایر پوشش‌های محافظتی ندارند.
- تطبیق‌پذیری: فرآیند گالوانیزه کردن را می‌توان برای طیف گسترده‌ای از محصولات از جمله فولاد سازه، لوله‌ها، قطعات خودرو، تجهیزات فضای باز و غیره اعمال کرد.
- زیبایی‌شناسی: ورق‌های گالوانیزه ظاهری منحصربه‌فرد و جذاب با روکشی صاف دارند. آن‌ها را می‌توان در کاربردهای معماری برای افزایش زیبایی و درعین‌حال محافظت در برابر خوردگی استفاده کرد.
- پایداری: گالوانیزه کردن فرآیندی سازگار با محیط‌زیست است. در این فرآیند از عنصر روی که یک ماده طبیعی و قابل بازیافت است استفاده می‌شود و کمترین زباله را تولید می‌کند. عمر طولانی‌مدت محصولات گالوانیزه نیاز به جایگزینی را در آن‌ها کاهش داده و باعث صرفه‌جویی در منابع می‌شوند.
- مقرون‌به‌صرفه: درحالی‌که هزینه اولیه گالوانیزه ممکن است بیشتر از سایر روش‌های پوشش‌دهی باشد، صرفه‌جویی در هزینه طولانی‌مدت به دلیل کاهش تعمیر و نگهداری و طول عمر طولانی آن را در طول زمان مقرون‌به‌صرفه می‌کند.
- سرعت تولید: فرآیند گالوانیزه نسبتاً سریع و کارآمد است و امکان چرخش سریع محصولات را فراهم می‌کند. این امر به‌ویژه در صنایعی که برنامه‌های تولید فشرده با تناژ بالا دارند اهمیت دارد.
- پوشش یکنواخت: یکی از مشخصه‌های فرآیند گالوانیزه کردن، ایجاد پوشش یکنواخت در سرتاسر ورق است که این امر محافظت مداوم در برابر خوردگی را تضمین می‌کند.
- خواص خود ترمیمی: اگر پوشش روی خراشیده شود یا آسیب دیده باشد، خاصیت خود ترمیمی دارد. روی به طور طبیعی با اتمسفر اطراف واکنش نشان می‌دهد و یک لایه محافظ جدید تشکیل می‌دهد.
کلام آخر
در فرآیند تولید ورق گالوانیزه که شامل اعمال پوشش محافظ از جنس عنصر روی بر سطح ورق‌های فولادی می‌شود، محصولی با خواص تقویت‌شده تولید می‌شود. این ورق‌های گالوانیزه بر اساس خواص و مشخصه‌های موردنیاز به روش‌هایی مانند غوطهوری داغ، الکتروگالوانیزه، گالوانیل و پیش گالوانیزه قابل‌تولید هستند. رایج‌ترین روش تولید ورق گالوانیزه، گالوانیزه گرم یا غوطهوری در حمام مذاب روی است که مقرون‌به‌صرفه‌تر از سایر روش‌ها نیز هست. این پوشش روی از ورق زیرین در برابر عواملی مانند رطوبت، مواد خورنده و دمای بالا محافظت می‌کند.