فرآیند تولید ورق سیاه

فرآیند تولید ورق سیاه

ورق سیاه با استفاده از فرآیند نورد گرم تولید می‌شود که طی آن فولاد از مرحله ذوب تا تبدیل به ورق‌های تخت و نهایی مراحل مختلفی را پشت سر می‌گذارد. در این فرآیند، فولاد در دمای بالا شکل داده شده و ضخامت آن به تدریج کاهش می‌یابد تا به اندازه‌های مطلوب برسد. در ادامه به بررسی مراحل اصلی تولید ورق سیاه می‌پردازیم.

تولید شمش فولادی

تولید شمش فولادی در فرایند تولید ورق سیاه با استخراج سنگ‌آهن از معادن آغاز می‌شود و سپس این ماده به کارخانه‌های فولادسازی منتقل می‌گردد. در این کارخانه‌ها، سنگ‌آهن پس از انجام مراحل فرآوری و خالص‌سازی به همراه کک و آهک وارد کوره بلند می‌شود. در دمایی بسیار بالا، حدود ۱۵۰۰ درجه سانتی‌گراد، سنگ‌آهن دچار احیا شده و به فولاد مذاب تبدیل می‌گردد. کک در این مرحله به‌عنوان سوخت اصلی عمل کرده و آهک نیز به حذف ناخالصی‌ها کمک شایانی می‌کند. در انتها، مواد زائد به شکل سرباره از کوره خارج شده و فولاد مذاب برای مراحل بعدی آماده می‌شود. پس از خروج فولاد مذاب از کوره، این ماده به واحدهای تصفیه منتقل می‌شود تا ناخالصی‌هایی نظیر گوگرد، فسفر و اکسیژن از آن گرفته شود. در این مرحله، در صورت نیاز، برخی عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل و منگنز افزوده می‌شوند تا خواص مکانیکی فولاد بهبود پیدا کند. با تنظیم دقیق ترکیب شیمیایی بسته به کاربرد نهایی، کیفیت فولاد کنترل شده و آماده مراحل بعدی می‌شود. سپس فولاد مذاب به مرحله ریخته‌گری منتقل می‌گردد و در این فرآیند شکل جامد به خود می‌گیرد. در فرآیند ریخته‌گری مداوم، فولاد مذاب وارد قالب‌های مسی با سیستم خنک‌کننده آب‌گرد می‌شود که باعث کاهش دما و تبدیل تدریجی آن به حالت جامد می‌گردد. پس از خروج از قالب، فولاد به‌شکل تختال یا شمش‌های مستطیلی درمی‌آید. این تختال‌ها از طریق نوار نقاله‌های ویژه به واحدهای برش منتقل شده و براساس ابعاد استاندارد بریده می‌شوند. سپس تختال‌های آماده برای ادامه فرآیند تولید ورق سیاه به کوره‌های پیش‌گرم‌کننده فرستاده می‌شوند تا دمای مناسب برای ورود به مرحله نورد گرم فراهم شود.

پیش گرم کردن تختال در فرآیند تولید ورق سیاه

پس از تولید تختال‌های فولادی در مرحله ریخته‌گری مداوم در فرایند تولید ورق سیاه ، این قطعات فلزی باید پیش از ورود به فرآیند نورد گرم تا دمای معینی حرارت داده شوند. در دمای محیط، تختال‌ها معمولاً سخت و شکننده هستند؛ بنابراین، نورد مستقیم آن‌ها ممکن است باعث ترک‌خوردگی و ایجاد نقص در ساختار فلز شود. به همین دلیل، تختال‌ها ابتدا به کوره‌های پیش‌گرم‌کننده منتقل می‌شوند تا به دمای مطلوب، معمولاً بین ۱۱۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتی‌گراد، برسند. این افزایش دما موجب نرم‌تر شدن تختال و ارتقای شکل‌پذیری آن می‌شود که برای کاهش ضخامت در مرحله نورد ضروری است. کوره‌های پیش‌گرم‌کننده معمولاً از نوع گازی یا القایی هستند و با استفاده از مشعل‌های قوی، گرما را به سطح تختال‌ها منتقل می‌کنند. در این مرحله لازم است دما به‌صورت یکنواخت در سراسر تختال توزیع شود تا از بروز تنش‌های حرارتی و ترک‌های احتمالی جلوگیری شود. سرعت گرم شدن تختال‌ها به عواملی مانند ترکیب شیمیایی فولاد، ضخامت تختال و نوع کوره بستگی دارد. تنظیم دقیق دما و زمان نگهداری تختال درون کوره نقش کلیدی در کیفیت نهایی ورق سیاه ایفا می‌کند؛ چراکه گرم شدن بیش‌ازحد می‌تواند به اکسیداسیون شدید سطحی منجر شود و گرم شدن ناکافی نیز ممکن است عملیات نورد را با نقص مواجه کند. هنگامی که تختال‌ها به دمای مطلوب رسیدند، از کوره خارج شده و به سمت غلتک‌های نورد اولیه هدایت می‌شوند. در این مرحله ممکن است سطح تختال مقداری اکسید شده باشد که این لایه با استفاده از سیستم‌های پاشش آب یا عملیات پوسته‌زدایی حذف می‌شود. پس از این مرحله، تختال داغ وارد دستگاه‌های نورد شده و ضخامت آن کاهش یافته و طول آن افزایش پیدا می‌کند. فرآیند پیش‌گرم کردن نه‌تنها انعطاف‌پذیری فولاد را افزایش می‌دهد، بلکه خواص مکانیکی ورق نهایی را نیز بهبود می‌بخشد و آن را برای مصارف صنعتی متنوع آماده می‌سازد.

فرآیند تولید ورق سیاه

نورد اولیه ورق سیاه

پس از پیش‌گرم کردن تختال‌های فولادی در کوره‌های ویژه، این قطعات داغ وارد فرآیند نورد اولیه می‌شوند. هدف اصلی این مرحله، کاهش ضخامت اولیه تختال و تبدیل آن به ورقی بلندتر و با سطحی یکنواخت‌تر است. در این فرآیند، تختال‌های داغ از میان چندین غلتک سنگین عبور می‌کنند که با اعمال فشار بالا، ضخامت فلز را کاهش داده و طول آن را افزایش می‌دهند. نورد اولیه به بهبود یکپارچگی ساختاری فولاد کمک کرده و ناخالصی‌های سطحی را در فلز توزیع می‌کند، که این امر موجب ارتقای استحکام و مقاومت ورق نهایی می‌شود. یکی از چالش‌های کلیدی این مرحله، حفظ دمای مناسب فولاد حین نورد است. افت بیش از حد دما می‌تواند باعث شکنندگی فولاد شده و خطر ترک‌خوردگی را افزایش دهد. بنابراین، نورد اولیه معمولاً در دماهای بالا (بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد) انجام می‌شود تا فولاد همچنان نرم و انعطاف‌پذیر باقی بماند. علاوه بر این، حین عبور از میان غلتک‌ها امکان تشکیل لایه‌های اکسیدی روی سطح تختال وجود دارد. برای رفع این مشکل، از پاشش آب پرفشار برای حذف این لایه‌های اکسیدی استفاده می‌شود، که به این عملیات پوسته‌زدایی گفته می‌شود. پس از چندین بار عبور از میان غلتک‌های نورد اولیه، ضخامت تختال به‌طور قابل توجهی کاهش یافته و به ورقی با ضخامت متوسط تبدیل می‌شود. هرچند در این مرحله هنوز سطح ورق زبر و ناهموار باقی مانده و نیازمند پردازش‌های بیشتری است. این ورق‌های تولیدشده پس از مرحله نورد اولیه، وارد فرآیند نورد نهایی می‌شوند که در آن ضخامت دقیق ورق تنظیم شده و کیفیت سطحی آن بهبود پیدا می‌کند.

نورد نهایی در فرآیند تولید ورق سیاه

پس از تکمیل فرآیند نورد اولیه، ورق فولادی که همچنان ضخامت بالایی دارد و سطح آن نسبتاً زبر است، وارد مرحله نورد نهایی می‌شود. در این مرحله، ورق از میان مجموعه‌ای از غلتک‌های دقیق عبور داده می‌شود تا ضخامت آن به مقدار مطلوب کاهش یابد و سطح آن صاف‌تر و یکنواخت‌تر شود. برخلاف نورد اولیه که عمدتاً برای کاهش زیاد ضخامت انجام می‌شود، در نورد نهایی کاهش ضخامت با دقت و به صورت تدریجی صورت می‌گیرد تا محصول نهایی به ابعاد استاندارد و کیفیت موردنظر برسد. این فرآیند در دمایی انجام می‌شود که فولاد همچنان قابلیت شکل‌پذیری خود را حفظ کند، اما دما نباید آن‌قدر بالا باشد که ساختار متالورژیکی آن دچار تغییرات نامطلوب شود. یکی از چالش‌های کلیدی در این مرحله کنترل دقیق دمای ورق و فشار غلتک‌ها است. اگر دما بیش از حد کاهش پیدا کند، ورق شکننده شده و فرآیند نورد با دشواری مواجه می‌شود. از طرفی، فشار بیش از اندازه غلتک‌ها می‌تواند خواص مکانیکی ورق را تحت تأثیر قرار داده و منجر به تغییرات نامطلوب شود. علاوه بر این، در طی نورد نهایی، برخی از عیوب سطحی که ممکن است در مراحل قبلی ایجاد شده باشند کاهش یافته یا کاملاً برطرف می‌شوند. همچنین در این مرحله عرض ورق تنظیم شده و ضخامت آن با تلورانس‌های مشخص کنترل می‌شود تا محصول نهایی مطابق با استانداردهای کیفی موردنیاز باشد. پس از اتمام فرآیند نورد نهایی، ورق فولادی به ضخامت مطلوب رسیده و سطحی یکنواخت و خواص مکانیکی بهینه‌شده پیدا می‌کند. در این حالت، ورق هنوز داغ است و باید وارد مرحله خنک‌کاری کنترل‌شده شود تا ساختار کریستالی آن دست‌خوش تغییرات نامطلوب نشود. در نهایت، ورق‌های تولیدشده بر اساس نیاز مصرف‌کنندگان به صورت کلاف (کویل) یا ورق‌های برش‌خورده (شیت) جمع‌آوری شده و برای استفاده در صنایع مختلف آماده ارسال می‌شوند.

فرآیند تولید ورق سیاه

خنک ‌کاری در فرآیند تولید ورق سیاه

پس از پایان عملیات نورد نهایی، در فرایند تولید ورق سیاه ورق‌های فولادی همچنان در دمای بالایی قرار دارند. برای تثبیت ویژگی‌های مکانیکی و جلوگیری از تغییرات ناخواسته در ساختار متالورژیکی، لازم است این ورق‌ها به صورت کنترل‌شده خنک شوند. فرآیند خنک‌کاری ورق سیاه معمولاً در فضای باز یا با استفاده از سیستم‌های پاشش آب انجام می‌گیرد. در این روش، آب با فشار زیاد روی سطح ورق پاشیده می‌شود که منجر به کاهش تدریجی دما می‌گردد. این شیوه کمک می‌کند از وقوع تغییرات ناگهانی در دمای ورق جلوگیری شده و ترک‌خوردگی یا تغییر شکل نامطلوب در آن رخ ندهد. یکی از چالش‌های اصلی در این فرآیند، مدیریت نرخ کاهش دماست. کاهش دما با سرعت بالا می‌تواند باعث ایجاد تنش‌های داخلی در ورق شود که نتیجه آن شکنندگی یا تاب‌برداشتن خواهد بود. از سوی دیگر، اگر خنک‌کاری بیش از حد آهسته انجام شود، ممکن است ساختارهای نامطلوبی در فولاد تشکیل شود که خواص مکانیکی و سطحی ورق را تحت تأثیر منفی قرار می‌دهد. به همین منظور، کارخانه‌های فولادسازی سیستم‌های خنک‌کاری مرحله‌ای را مورد استفاده قرار می‌دهند. این سیستم‌ها با ترکیب جریان هوا و پاشش آب به صورت کنترل‌شده، فرایند خنک‌کاری را بهینه‌سازی می‌کنند. پس از آنکه ورق‌های فولادی به طور کامل خنک شدند، به مرحله بازرسی و برش نهایی هدایت می‌شوند. در این مرحله، پارامترهایی نظیر ضخامت، کیفیت سطحی و رعایت استانداردهای فنی مورد بررسی قرار می‌گیرند. همچنین، در صورت لزوم، لایه‌های اکسیدی اضافی که از واکنش با اکسیژن هوا ناشی شده‌اند، از سطح ورق حذف می‌شوند. نهایتاً، ورق‌ها بر اساس نیاز به شکل کویل (رول شده) یا شیت (برش خورده) بسته‌بندی شده و برای عرضه به بازار آماده می‌شوند. کیفیت کنترل‌شده خنک‌کاری نقش مستقیمی در استحکام، انعطاف‌پذیری و قابلیت جوشکاری ورق سیاه ایفا می‌کند؛ ازاین‌رو، نظارت دقیق بر این مرحله از اهمیت زیادی برخوردار است.

برش و بسته‌ بندی ورق سیاه

پس از اتمام فرآیند خنک‌کاری، ورق‌های فولادی وارد مرحله برش و بسته‌بندی می‌شوند تا بر اساس نیازهای مشتریان برای عرضه به بازار آماده شوند. در این مرحله، ابتدا ویژگی‌هایی مانند ضخامت، عرض و کیفیت سطحی ورق‌ها بررسی شده و هر گونه عیب یا نقص احتمالی شناسایی می‌شود. سپس با توجه به سفارش مشتری، ورق‌ها در یکی از دو حالت اصلی کویل (رول) یا شیت (ورق‌های برش‌خورده) آماده می‌شوند. اگر ورق‌ها به شکل کویل تولید شده باشند، با دستگاه‌های مخصوص به‌صورت رول‌های فشرده بسته‌بندی می‌شوند. در غیر این صورت، در حالت شیت، ورق‌ها با استفاده از دستگاه‌های برش در ابعاد استاندارد یا سفارشی بریده می‌شوند. عملیات برش معمولاً با قیچی‌های مکانیکی صنعتی یا دستگاه‌های CNC دقیق انجام می‌شود که امکان برش با تلورانس بسیار کم را فراهم می‌کنند، تا ابعاد نهایی کاملاً مطابق با استانداردها باشد. در مواردی که ورق‌ها ضخامت بالایی دارند، از دستگاه‌های برش لیزری یا پلاسما استفاده می‌شود که دقت بالایی ارائه داده و هدر رفت مواد را به حداقل می‌رسانند. همچنین گاهی اوقات برای افزایش یکنواختی سطحی یا حذف اکسیدهای باقی‌مانده، سطح ورق‌ها پردازش می‌شود تا کیفیت نهایی بهبود یابد. در پایان، ورق‌های آماده‌شده بسته‌بندی و برای حمل‌ونقل آماده می‌شوند. بسته‌بندی شامل روش‌هایی مانند تسمه‌پیچ کردن با نوارهای فولادی، استفاده از روکش‌های محافظ پلاستیکی یا روغن‌کاری سطحی است که موجب جلوگیری از زنگ‌زدگی و آسیب‌های فیزیکی در حین جابه‌جایی می‌شود. کویل‌های سنگین معمولاً روی پالت‌های چوبی یا فلزی قرار می‌گیرند تا ایمنی بیشتری در هنگام حمل‌ونقل تضمین شود. در نهایت، این ورق‌های بسته‌بندی‌شده به انبار منتقل شده و پس از آن، متناسب با سفارش مشتریان به صنایع مختلف نظیر خودروسازی، ساختمان‌سازی، مخزن‌سازی و سایر کاربردهای صنعتی ارسال می‌شوند.