هدف از آنیل کردن ورق

فرآیند آنیل پیوسته به منظور بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی ورق فولادی پس از نورد سرد انجام می گیرد.

به طور کلی فرآیند آنیل پیوسته یکی از مهم ترین بخش های خطوط تولید ورق نورد سرد، ورق گالوانیزه و قلع اندود است.

که در بسیاری از صنایع فولادسازی دنیا جایگاه خاصی دارد. پیچیدگی کنترل این فرآیند به سبب سرعت ورق و همچنین شار حرارتی قابل توجه می باشد.

در این فرآیند رسیدن به دمای مناسب برای انجام سایر عملیات و جلوگیری از افزایش بیش از حد دمای ورق و در پایان فرآیند پیش گرم و گرمایش، از اهمیت خاصی برخوردار است.

افزایش بیش از حد دمای ورق فولادی به معنی اتلاف انرژی در واحدهای گرمایش و همچنین صرف انرژی بیشتر برای خنک کاری ورق است.

عملیات حرارتی:
عملیات حرارتی به فرآیندی شامل گرم کردن تا دمایی پایین تر از نقطه ذوب؛ نگهداری در آن دما برای مدت زمان معین و سرانجام سرد کردن تحت یک فرآیند خاص گفته می شود.

هدف از عملیات حرارتی دستیابی به ریز ساختارها و عمدتا خواص مکانیکی مورد نظر بر روی آلیاژهای آهنی و غیر آهنی است.

فرآیندهای عملیات حرارتی بر مبنای نوع تغییری که در ساختار مواد ایجاد می کنند قابل دسته بندی هستند. مهم ترین این دسته ها به شرح زیر است:

همگن سازی:
همگن سازی به منظور بر طرف نمودن اختلاف غلظت و یا ترکیب ریزدانه های آلیاژی در دماهای بالا انجام می گیرد. دما و مدت زمان نگهداری قطعات در آن دما به ابعاد و ترکیب شیمیایی آن قطعه بستگی دارد.

تنش زدایی:
تنش زدایی فرآیندی است که به منظور حذف تنش های داخلی ایجاد شده انجام می گیرد. تنش های داخلی می تواند ناشی از عدم سرد کردن یکنواخت بعد از ریخته گری، نورد گرم و یا نورد سرد باشد.

وجود تنش های داخلی سبب بروز برخی از عیوب از جمله ترک خوردن، پوسته پوسته شدن و یا تاب دار شدن ورق می شود.

برای کاهش و در نهایت حذف این تنش ها ورق حرارت داده شده و در نهایت به آرامی سرد می شود. سرد شدن نهایی باید به گونه ای باشد که تنش جدیدی ایجاد نشود.

تبلور مجدد:
تمامی عیوب ایجاد شده در ساختار کریستالی مواد که ناشی از عدم تعادل ترمودینامیکی هستند در اثر حرارت دهی تا جایی که امکان تبلور مجدد به ماده داده شود، قابل رفع هستند.

فرآیند آنیل کردن (بازپخت):
فرآیند آنیلینگ در عملیات حرارتی مفهوم و کاربرد چند جانبه ای یافته است به طوری که عموما برای اغلب فرآیندهایی که طی آن ماده مدتی حرارت داده شده و سپس به آرامی سرد می شود به کار می رود.

به عنوان نمونه در بسیاری از موارد فرآیندهای آستنیتی کردن فولاد و یا تنش زدایی را با لفظ آنیلینگ می شناسند.

آنچه به عنوان آنیل کامل نامگذاری می شود عبارت است از تبدیل تمام فازهای موجود در ساختار فولاد به فاز آستنیت و سپس سرد نمودن آرام آن به نحوی که فاز آستنیت حفظ شده و تنش داخلی ایجاد نگردد.

در بسیاری از کاربردهای صنعتی تنها قسمتی از فازها به آستنیت تبدیل شده و عملا نیازی به آنیل کامل وجود ندارد. دمای لازم برای آنیل را نوع فرآیند تعیین می نماید.

با این وجود باید توجه داشت که درجه حرارت بیش از مقدار لازم برای آستنیتی نمودن فولاد، موجب می شود تا دانه ها درشت شوند که این مساله به شدت به کیفیت ورق فولادی لطمه وارد می کند.

همین موضوع برای زمان نگهداری در دمای آنیل نیز صادق است. به این معنی که نگهداری طولانی مدت محصول در دمای آنیل موجب کاهش کیفیت ورق تولیدی می شود.

از این رو همواره باید به دو نکته دقت نمود. اول اینکه دمای کوره از حدود مشخص دمایی خارج نشود (کاهش یا افزایش زیاد دما) و دوم اینکه مدت زمان مناسبی ورق تحت آنیل قرار گیرد.

آنیل پیوسته:
فرآیند آنیل به منظور بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی ورق فولادی مرسوم ترین استفاده از آنیلینگ به شمار می رود.

این فرآیند به منظور افزایش دمای ورق و یا بهبود خواص آن در حین تولید انجام می گیرد. دستیابی به دمای مناسب برای فرآیندهای بعدی از اهداف این فرآیند به شمار می رود.

این مساله تنها مختص به فرآیند آنیل پیوسته بوده و فرآیند آنیلینگ به گونه ای تنظیم می گردد که در انتهای فرآیند، ورق خروجی در دمای معینی وارد پروسه بعدی گردد.

در اینجا دمای انتهایی، دمای مناسب ورق برای ورود به حوضچه مذاب روی است. بخش آنیل شامل چندین زیر فرآیند است.

این زیر فرآیندها شامل پیش گرمایش، گرمایش؛ همگن سازی و بخش خنک کننده است.

گرمایش:
در طی فرآیند گرمایش ورق فولادی ورودی به تدریج گرم می شود تا به حداکثر دمای مورد نیاز برای آنیل دست یابد.

طی این فرآیند به صورت تدریجی و تقریبا یکنواخت ورق حرارت داده می شود. به منظور جلوگیری از ایجاد تنش های حرارتی و ناصافی ورق از تماس مستقیم شعله با ورق خودداری می شود و ورق توسط تبادل تشعشعی از طریق مشعل های لوله تشعشعی گرم می شود.

فرآیند گرمایش عموما خود به چند قسمت تقسیم می شود.

این قسمت ها شامل ناحیه پیش گرم و ناحیه گرمایش است. تقسیم بندی بین واحدهای پیش گرم ریشه در مکانیزم کنترلی خط دارد، به این مفهوم که تعداد ناحیه ها بر مبنای کنترلرهای موجود و قابلیت سیستم تعیین می شود.

بدیهی است که این موضوع خود ریشه در میزان بار مبنای طراحی دارد.

اگرچه واحدهای پیش گرم و گرمایش دارای ساختار یکسانی هستند اما تمایز بین این واحدها بر مبنای تقسیم بندی متالورژیکی در تمامی فرآیندهای آنیل پیوسته دیده می شود.

همگن سازی:
در پایان مرحله گرمایش ورق از بین المان های برقی عبور می کند تا باز هم مقداری دمای آن افزایش یابد. در این مرحله نرخ گرمایش کم می شود تا اختلاف دما در نقاط داخل ورق فولادی کم شود.

خنک کاری:
در پایان فرآیند گرمایش یا به عبارتی آنیلینگ ورق فولادی را خنک می کنند. این خنک کردن توسط جت هوا و به صورت یکنواخت انجام می گیرد.

در طی فرآیند خنک کاری، ورق به تدریج حرارت خود را از دست داده و به توزیع دمای تقریبا یکنواخت می رسد.

در نهایت ورق وارد روی مذاب می گردد. دمای نوار در خروج از هر بخش اندازه گیری و کنترل می شود.

پس از عبور از بخش آنیل پیوسته، نوار از قسمت نظارت عبور می کند و سپس بر روی امتداد حلقه پیچیده شده و به طول مشخص شده برش داده می شود.

آنیل ورق فولادی:
مشخصات ورق فولادی و ساختار کوره های پیش گرم و گرمایش:

ورق های تولیدی در این بخش ضخامتی بین 0.25 تا 2 میلی متر و عرضی بین 750 تا 1530 میلی متر دارند. بیشترین سرعت عبوری ورق در کوره نیز 90 متر بر دقیقه است.

ورق های تولیدی از دو دسته DQ و CQ هستند. تولید واحد گالوانیزه فولاد مبارکه 29 تن بر ساعت ورق DQ و 35 تن بر ساعت ورق CQ و سالانه 150000 تن بوده است.

این مقدار در آگوست 2000 به 39 تن بر ساعت ورق DQ و 51 تن بر ساعت ورق CQ و سالانه 200000 تن رسید.

هدف قسمت پیش گرمایش رساندن دمای ورق به 650 درجه سانتی گراد برای ورق CQ و 700 درجه سانتی گراد برای ورق DQ است. این قسمت شامل 10 ناحیه و هر ناحیه شامل اجزای زیر است.

دو غلتک با قطر 150 و طول 1750 میلی متر:

دوازده مشعل لوله تشعشعی از جنس آلیاژ نیکل 601، توان گرمایش مشعل ها در هر ناحیه بسته به ظرفیت جذب گرمایی ورق فولادی بین 80-63 کیلو وات تغییر می کند.

• ترموکوپل برای کنترل دمای هر ناحیه.
• ترموکوپل برای اندازه گیری دمای نهایی سطح لوله ها.
• طول کل قسمت پیش گرمایش 66 متر و توان کل مشعل ها در آن 9200 کیلو وات است.

هدف قسمت گرمایش رساندن دمای ورق فولادی به 730 درجه سانتی گراد برای ورق CQ و 760 درجه سانتی گراد برای ورق DQ است. این قسمت شامل 3 ناحیه مشابه نواحی قسمت پیش گرمایش است که در آن توان مشعل ها بین 58-47 کیلو وات تغییر می کند.

کل طول این قسمت 19.8 متر و توان کل مشعل ها در آن 2090 کیلو وات است. دمای نهایی ورق توسط یک پیرومتر نوری در خروجی قسمت گرمایش اندازه گیری می شود.

کوره های مورد استفاده برای این منظور معمولا گازسوز هستند. در کوره های با طراحی چند مسیره بیشتر انتقال حرارت از گازهای گرم کوره انجام می شود و تشعشع از دیواره ها نقش کمتری دارد.

اما در کوره های یک مسیره مهم ترین عامل گرمایش ورق، تشعشع از مشعل و دیواره ها است.