بسیاری از خریداران، کاربران و مصرف کنندگان مجموعه عصرآهن از مسیر تولید و فرآیند ساخت میلگرد و انواع مصالح فولادی بی اطلاع هستند.
روش تولید برای برخی از محصولات فولادی، در سال‌های اخیر به طور قابل توجهی تغییر کرده است. تولیدکنندگان در سراسر جهان برای بهینه سازی در کیفیت، هزینه و عملکرد تولید، روش‌های جدید ارائه کردند و به طور پیوسته در حال گسترش و توسعه این فرآیند می‌باشند.
هدف این قسمت از دانشنامه عصرآهن، شرح متداول ترین مسیر پردازش و فرآیند ساخت میلگرد فولادی قابل مصرف در آرماتوربندی ساختمان است. مسیر فرآیند ساخت میلگرد به خواص مکانیکی فولاد مرتبط می‌باشد که در ادامه به این مورد می‌پردازیم.
مراحل ساخت میلگرد فولادی
در تصویر زیر، رایج ترین روش تولید میلگرد فولادی به تصویر کشیده شده است. مراحل مختلف فرآیند تولید به ترتیب زیر است که هر مرحله جداگانه بررسی خواهد شد.
- تولید آهن
- پاتیل تولید فولاد
- ریخته گری
- نورد گرم
- عملیات حرارتی (ترمکس)
- بسته بندی
ساخت میلگرد فولادی یک فرآیند چند مرحله‌ای می‌باشد که هر مرحله بایستی به ترتیب و پشت سر هم انجام گردد.
تولید آهن
با استفاده از دو روش کوره قوس الکتریک و روش کوره بلند، آهن مذاب به فولاد مذاب تبدیل می‌شود. فولاد سازی به روش کوره بلند، تولید فولاد بر پایه اکسیژن (BOS) Basic Oxygen Steelmakingنیز نامیده می‌شود و روش کوره قوس الکتریکی (EAF) که متداول ترین روش تولید فولاد می‌باشد با نام کوره القایی شناخته شده است. از هر دو روش جهت تهیه فلز فولاد و به کارگیری آن در زمینه ساخت میلگرد استفاده می‌شود.
روش کوره بلند یا اکسیژن
در روش تولید فولاد مذاب با اکسیژن، ابتدا سنگ آهن در کوره ذوب شده و به آهن مذاب تبدیل می‌شود، این آهن خام قرار است به فولاد مورد نیاز تبدیل شود.
اکسیژن با سرعت زیاد در آهن مذاب منفجر می‌شود و به علت فرآیند اکسیداسیون گرما تولید می‌کند. در این مرحله ناخالصی‌ها حذف شده و آهن توسط مواد شیمیایی تصفیه می‌شود.
فرآیند تولید با اکسیژن پر هزینه است و نیاز به سرمایه گذاری بیشتری دارد، بنابراین این روش ساخت فولاد توسط تولید کنندگان بزرگ فولاد به کار گرفته می‌شود. سالانه چند میلیون تن فولاد از طریق این فرآیند در جهان تولید می‌شود.
روش کوره القایی یا کوره قوس الکتریک
معمولا بیشترین درصد ماده اولیه در روش قوس الکتریک، آهن قراضه و ضایعات آن می‌باشد در حالی که ماده اولیه در تولید با اکسیژن بیشتر سنگ آهن است.
در روش قوس الکتریکی مواد اولیه به داخل کوره ریخته می‌شود و با تخلیه الکتریکی از الکترودهای کربن، گرما اعمال می‌شود و آهن قراضه ذوب می‌گردد. در این روش، آهن ذوب شده به اندازه کافی تصفیه نمی‌شود.
کوره قوس الکتریکی به طور کلی 5/0 تا 1 میلیون تن پرانیوم تولید می‌کند، که مناسب برای ساخت فولاد در مقیاس‌های کوچکتر مثل ساخت میلگرد فولادی برای آرماتوربندی سازه است.
در روش کوره القایی پس از مرحله ذوب آهن و تولید فولاد مذاب، مرحله نورد در خط تولید قرار دارد که برای تولید محصول با طول زیاد مانند ساخت میلگرد، این دو بخش بایستی در ارتباط با بخش نورد باشند.
می‌توانید در ویدئو زیر مراحل ساخت میلگرد به روش کوره القایی را به طور کامل مشاهده کنید.
بخوانید: زنجیره فولاد | صنایع دخیل در ساخت فولاد کشور و اهمیت آنها در تولید فولاد
تفاوت و شباهت بین روش کوره القایی و روش کوره بلند
تفاوت:
- تفاوت اصلی بین تولید فولاد به روش کوره قوس الکتریک و کوره بلند در مواد اولیه آنها می‌باشد. فولاد تولید شده از کوره القایی، از آهن قراضه ساخته می‌شود، اما فولاد کوره بلند از سنگ آهن تولید شده که حاوی مقادیر زیادی از ناخالصی مثل مس، قلع، نیکل است.
- در روش قوس الکتریک، آهن قراضه و دیگر مواد بازیافتی ذوب می‌شوند و خاصیتی مشابه سنگ آهن ذوب شده خواهند داشت، اما چون 100 درصد آهن مصرفی در این روش از مواد بازیافت شده است برای محیط زیست مناسب تر می‌باشد.
- به دلیل اثر تصفیه اکسیژن در آهن ذوب شده به روش کوره بلند، فولاد به طور معمول مقدار کمی گوگرد، فسفر و نیتروژن خواهد داشت. تجزیه و تحلیل ناخالصی‌های موجود در فولاد مذاب تولید شده از هر دو روش در جدول زیر نوشته شده است:
شباهت:
در هر دو روش کوره القایی و کوره بلند، آهن مذاب به فولاد مذاب توسط تجزیه همگن تبدیل می‌گردد. این فرآیند گرمایشی، مراحل تجزیه و تحلیل منحصر به فرد خود را دارد. استفاده از آزمایش ترکیبات شیمیایی برای اطمینان از اینکه محصول به درجه قابل قبول رسیده است یا نه، مهم می‌باشد. در هر دو فرآیند، کربن، منگنز و سیلیکون از افزودنی‌های آلیاژی در ماده مذاب است.
ناخالصی‌های موجود ممکن است تاثیر قابل توجهی بر خصوصیات نهایی فولاد داشته باشد، این ناخالصی ها می‌توانند در موارد زیر تاثیرگذار باشند به موارد زیر دقت کنید:
- استحکام و مقاومت: فولاد کوره الکتریک نسبت به فولاد مولد اکسیژن مقاومت و انعطاف پذیری کمتری دارد.
- قابلیت جوشکاری: مقادیر زیاد ناخالصی مس می‌تواند باعث ایجاد مشکل در جوشکاری شود؛ این مشکل در فولاد کوره الکتریک وجود ندارد.
- قابلیت خم شدن: وجود بیش از حد ناخالصی نیتروژن می‌تواند قابلیت خم شدن فولاد را کاهش دهد و این باعث افزایش سختی کرنشی می‌شود.
ریخته گری
در روش سنتی، فولاد پس از ذوب شدن و تصفیه، برای منجمد شدن در قالب شمش ریخته می‌شود. سپس قالب برداری شده و فولاد منجمد به مرحله نورد منتقل می‌شود. بنابراین قبل از تولید محصول نهایی ابتدا شمش ساخته می‌شود. لازم به ذکر است فلز مذاب به وسیله پاتیل به محل مد نظر ریخته می‌شود.
با توجه به اینکه ناخالصی‌های موجود در شمش، افت قابل توجهی در عملکرد نشان می‌داد و باعث ناکار آمدی فولاد می‌شد، در نتیجه بیشتر فولادهای تقویت کننده امروزه با استفاده از فرآیند ریخته گری تولید می‌شوند.
در این مرحله فولاد به یک قالب پر از آب سرد که معمولا سطح مقطع آن مربع است، ریخته می‌شود و تبدیل به ماده نیمه جامد می‌شود که به صورت مداوم از قسمت پایین دستگاه خارج می‌شود. این فولاد به داخل شمش ریخته شده تا مستقیما به خط تولید محصول نهایی برسد، در این روش ایراد مربوط به ریخته گری شمش وجود ندارد.
این فرآیند نوین اقتصادی تر است و در مقایسه با ریخته گری شمش که قبلا استفاده می‌شد دارای مزایای کیفی بیشتری است.
بخوانید: انواع شمش برای تولید میلگرد | مشخصات بهترین شمش‌ها برای ساخت میلگرد
نورد گرم
از هر کدام از روش‌های ریخته گری استفاده شود، محصول نهایی ریخته گری همیشه دارای نقص‌هایی مثل ترک‌های داخلی و تخلخل که در فرآیند انجماد به وجود می‌آید، خواهد داشت. به همین علت برای ساخت میلگرد فولادی مخصوص آرماتوربندی ساختمان، از عملیات نورد گرم استفاده می‌شود.
در نورد گرم بایستی کاهش سطح مقطع از شمش به میلگرد، مناسب عملیات جوشکاری باشد و همچنین غیر همگن نبوده و نقص داخلی نداشته باشد. در فرآیند نورد گرم، شمش ریخته گری مجددا با دمای 1100 – 1200 درجه سانتی گراد گرم می‌شود و سپس از طریق دستگاه نورد غلتانده می‌شود تا سطح مقطع آن کاهش یابد.
بخش نورد از یک سری پایه تشکیل شده است که هر کدام از آنها از دو رول استوانه‌ای متشکل است، روی هر رول غلطک شیارهایی وجود دارد که موجب تغییر شکل محصول نهایی می‌شود. سایز شیارها به تدریج کاهش می‌یابد به طوری که سطح مقطع محصول به طور مداوم هنگام نورد کاهش یافته و طی این کاهش، طول محصول زیادتر می‌شود.
در انتهای مرحله نورد، محصول تولیدی در طول لازم برش داده می‌شود، سپس بسته بندی شده و برای ارسال برچسب گذاری می‌شود. به این ترتیب ساخت میلگرد طی مراحلی انجام شده و آماده مصرف می‌شود.
راه کارهایی برای افزایش مقاومت میلگرد
عملیات حرارتی و افزودنی‌های آلیاژی، در حال حاضر دو روش برای افزایش مقاومت میلگرد و دستیابی به خواص مکانیکی آن در مرحله نورد در ساخت میلگرد است.
عملیات حرارت
در عملیات حرارتی (Quench Self Tempering) یا (QST)، میلگردها بعد از گذشتن از رول، تغییر شکل می‌دهد و شیارهایی روی سطح نمایان می‌شود سپس در مرحله بعد اسپری فشار آب با خارج شدن از دستگاه نورد به سطح میله هدایت می‌شود.
عملیات اسپری آب در مدت زمان کوتاه انجام می‌شود و به همین علت فقط لایه سطحی میلگرد از لحاظ ساختار میکروسکوپی و متالوژی تغیر می‌کند و در لایه درونی و مرکز میلگرد تغییر ایجاد نمی‌شود. پس از خروج از این مرحله، میلگرد به آرامی خنک می‌شود و در نتیجه یک میله با هسته انعطاف پذیر نسبتا نرم با یک لایه سطحی مقاوم به عنوان میلگرد فولادی ساخته می‌شود. بیشترین هدف از ساخت میلگرد کاربرد آن در پروژه‌های ساختمانی و آرماتوربندی می‌باشد.
نمودار زیر مربوط به سختی میلگرد ساخته شده طی عملیات حرارتی می‌باشد:
بخوانید: روش ترمکس برای تولید میلگرد | مشخصات، مزایا و هر آنچه باید بدانید
روش میکروآلیاژی
در فرآیند میکروآلیاژ، مقاومت میلگرد فولادی با افزودن مقادیر کمی از عناصر آلیاژی که تاثیر زیادی بر افزایش مقاومت دارد، حاصل می‌شود. بیشترین عنصر مصرفی وانادیوم است که به میلگرد معمولی اضافه می‌شود. ذرات کوچک نیترید وانادیوم درون فولاد سبب افزایش مقاومت می‌شود، هرچه این ذرات ریزتر باشند میلگرد تولید شده مقاوم تر خواهد بود و اثر تقویت کننده قابل توجهی در فولاد ایجاد خواهند کرد.
خنک شدن بعد از مرحله نورد گرم به آرامی رخ می‌دهد بنابراین ساخت میلگرد با این روش نسبت به روش‌های دیگر دارای مقاومت بیشتری خواهد بود.
جمع بندی
ساخت میلگرد توسط ذوب کردن آهن قراضه یا سنگ آهن و تبدیل آن به فولاد مذاب و انجام مراحل نورد به دست می‌آید. پس از تولید میلگرد، عملیاتی برای افزایش کیفیت و مقاومت میلگرد بر روی فلز انجام می‌شود که در دو دسته میکروآلیاژ و حرارتی در کارخانه‌های فولادسازی انجام پذیر است.
قیمت آهن آلات به صورت لحظه ای در سایت عصر آهن بروز رسانی می‌شود، همچنین برای تهیه انواع آهن آلات، تیرآهن و میلگرد می‌توانید با مشاورین ما در عصرآهن با شماره ۰۴۱۳۳۲۵۰۲۸۰ در تماس باشید. مشاورین ما در زمینه خرید اقلام مربوطه راهنمای شما خواهند بود.
