مروری بر فناوری‌های تختال نازک
برای تولید تختال نازک فناوری‌های جدیدی در دنیا وجود دارد. الهام کردزاده، محقق آزاد صنایع فلزی و معدنی در مقاله‌ای با عنوان خلاصه‌ای از معرفی فناوری‌های تختال نازک به توضیح بیشتر این فناوری‌ها پرداخته است.
به گزارش استیل پدیا، این مقاله در اختیار سایت خبری سازمان گسترش و نوسازی معادن و صنایع معدنی (ایمیدرو) قرار گرفته است. برای تولید محصولات تخت، فولاد مذاب به صورت اسلب در ماشین ریخته‌گری مداوم اسلب ریخته می‌شود. این اسلب پس از بازرسی، قبل از آنکه در واحد نورد گرم مداوم یا نیمه مداوم به صورت کویل درآید در کوره‌های متعادل‌کننده دما تا دمای نورد حرارت داده می‌شود.
توسعه ریخته‌گری تختال نازک و نورد یک گام به جلو برای کاهش مراحل در فرآیند تولید کلاف نورد گرم است. فناوری «تی‌اس‌سی‌آر» یک گام به جلو برای کاهش تعداد مراحل فرآیند تولید کلاف نورد گرم است. فناوری تی‌اس‌سی‌آر با هدف اصلی کاهش هزینه تولید و سرمایه‌گذاری ایجاد شد اما امروزه تبدیل به یکی از مسیرهای تولید فولاد به عنوان یک ماده پیشرو در مصارف فناوریکی شده است.
در ابتدا تنها فولادهای ساده کربنی تجاری با این روش ریخته‌گری می‌شد اما درحال حاضر بسیاری از انواع فولاد از جمله کم کربن، کربن متوسط و بالا، انواع لوله‌های «اچ‌اس‌ال‌آ» و فولادهای مورد استفاده در صنایع خودرو می‌توانند از این طریق تولید شوند. در واقع این فناوری تغییری در الگوی فناوری‌های ریخته‌گری و نورد را به ارمغان آورده است و فناوری نورد و ریخته‌گری تختال نازک با بهبود در بخش‌های طراحی قالب، سیستم لرزاننده هیدرولیکی قالب، استفاده از ترمز الکترومغناطیسی، استفاده از سیستم پوسته زدا با فشار بالا و غلتک‌های پشتیبان جانبی، سیستم خنک‌کن با اسپری آب و سیستم کاهش مغزی مذاب دینامیکی امکان‌پذیر می‌شود.
ضرورت استفاده از فناوری‌های جانشین
از دیدگاه مهندسی، سناریوی مطلوب برآورده ساختن نیازهای مهندسی بااستحکام و ویژگی فیزیکی و شیمیایی مورد نظر فولاد است برای ایجاد چنین تغییری که به لحاظ فنی و اقتصادی جذاب باشد، دو شرط باید برآورده شود؛ تولیدکننده فولاد باید مطمئن باشد که سود او کاهش پیدا نمی‌کند و به مصرف‌کننده هم باید محصولی سبک‌تر با استحکام بالاتر و با قیمت پایین‌تر ارائه شود.
هزینه فولادهای میکروآلیاژی شده با دو نوآوری در فناوری‌های فولادسازی کاهش یافت. در طول دهه گذشته، استفاده از کوره قوس الکتریکی به شدت افزایش یافت و حدود ۴۵ درصد فولاد جهان با این روش تولید شد. در مرحله دوم، فناوری ریخته‌گری تختال نازک، اقتصاد محصولات تخت کویل شده را به شدت تحت تاثیر قرارداد. قابلیت تولید محصول تخت نورد گرم شده به صورت مستقیم بدون توقف از فولاد مذاب، نشان‌دهنده یک گام اساسی برای کاهش هزینه‌های تولید فولاد است. یکی از مهم‌ترین جنبه‌های ترکیب فناوری ریخته‌گری تختال نازک با نورد گرم سرعت، انعطاف‌پذیری وصرفه‌جویی در مصرف انرژی است.
فناوری‌های دانیلی
۲۵سال گذشته، دانیلی مجموعه‌ای از راه‌حل‌های فناوریکی برای ریخته‌گری تختال نازک را توسعه داده است. این راه‌حل‌ها منجر به افزایش میزان تولید از ۰/۸ میلیون تن در سال ۱۹۸۹م تا ۲میلیون تن در سال ۲۰۱۰م پوسکو با رکورد سرعت ریخته‌گری ۸ متر بر دقیقه و سرعت متوسط روزانه ۷ متر بر دقیقه شده است. در حال حاضر، به طور تقریبی تولید تمام محصولات تخت به وسیله ریخته‌گری تختال نازک امکان‌پذیرشده است. در زمینه ریخته‌گری تختال نازک و نورد، شرکت دانیلی ۳ نوع فناوری را توسعه داده که عبارتند از؛ تولید تسمه با کیفیت، نورد تختال نازک انعطاف‌پذیر و نورد فوق‌العاده نازک به طور تقریبی فولادهای مورد استفاده برای کاربرد محصول تخت است. این گریدها شامل فولادهای پری‌تکتیک، میکروآلیاژی و فولاد آلیاژی سیلیکون برای کاربردهایی مانند صنایع خودرو، خطوط تولید لوله و تولید تسمه فوق نازک است. ریخته‌گری تختال نازک یک طراحی منحنی عمودی است که از فرآیند کاهش آرام دینامیکی استفاده می‌کند. این فرآیند امکان انتخاب ضخامت تختال را فراهم می‌کند.
فناوری‌های تختال نازک
«تولید تختال فشرده» در این فناوری اسلب با ضخامت ۵۵ تا ۸۵میلیمتر تولید می‌شود. سرعت ریخته‌گری بالا ۶متر بر دقیقه برای فولادهای کربنی ساده و ۳/۵ متر بر دقیقه برای سایر گریدها است.
به دلیل محدودیت، حفره قالب کوچک این فناوری به سختی می‌توانست برای فولادهای ریخته‌گری شده با کیفیت بالا استفاده شود. برای غلبه بر این مشکل قالب قیفی و یک سیستم نازل غوطه‌وری طراحی شد. طول قالب بزرگتر از حد مرسوم ۱۱۰۰ میلیمتر برای بهبود کیفیت استفاده شد. این ماشین ریخته‌گری طراحی عمودی دارد. تختال به طور مستقیم به کوره غلتکی انتقال داده شده تا از ایجاد پوسته اکسیدی جلوگیری شود. بخش پیش نورد در این فناوری نیاز نیست. این فرآیند قادر به تولید فولادهای ساده کربنی درخارج از محدوده پریتکتیکی به دلیل مشکل ایجاد ترک نبود. در حال حاضر با پیشرفت‌های بیشتر در زمینه فناوری ریخته‌گری، امکان ریخته‌گری فولادهای با کربن بالا بیش از ۰/۵۵ درصد فولادهای آلیاژ بالا، فولادهای سیلیکونی گریدهای لوله و زنگ نزن نیز فراهم شده است. پلنت «سی‌اس‌پی» در HYLSA قادر به تولید تسمه فوق سبک با ضخامت کمتر از۱/۲ میلیمتر است.
فناوری «آی‌اس‌پی»
این فناوری به وسیله «Mannessmann Demag« و تولیدکننده لوله و تیوب ایتالیایی Arvediابداع شد. نخستین واحد با این سیستم ریخته‌گری با فناوری کاهش مغزی مذاب به تختال اجازه می‌دهد ضخامت آن در حالی که مغزی آن مذاب است کاهش پیدا کند. تختال ریخته شده دارای ضخامت ۸۰ تا۶۰ میلیمتر است. بعد از خروج از ماشین ریخته‌گری، تختال وارد یک نورد ۳ استنده شده که در آنجا به ضخامت ۱۵ تا ۲۵ میلیمتر کاهش ضخامت پیدا می‌کند. تسمه بریده شده سپس وارد کوره گرمکن مجدد و متعادل‌کننده دما می‌شود. تسمه مجدد گرم شده سپس در یک کوره به نام C remonaکویل می‌شود. این کوره تسمه کویل شده را به بخش نورد نهایی می‌دهد.
نورد نهایی ۴ استنده بوده که می‌تواند ضخامت تختال را از ۱۲ تا ۲۵ میلیمتر کاهش دهد. این فناوری باعث فشرده شدن پلنت می‌شود. طول این پلنت ۱۹۵ متر در مقایسه با ۲۶۵متر فناوری CSP است. زمان فرآیند ۱۵ تا ۳۵ دقیقه مزیت مهم این فناوری است. قالب ماشین ریخته‌گری طراحی عمودی منحنی داشته و حداکثر عرض تسمه ۱۳۵۵ میلیمتر است. حداکثر سرعت ریخته‌گری ۶ متر بر دقیقه است. گریدهای فولادی که با این روش تولید می‌شود انواع گریدهای با کشش عمیق، فولادهای ساختمانی آلیاژی و غیرآلیاژی، فولادهای «HSLA» و فولادهای زنگ نزن فریتی آستنیتی است.
فناوری CONROLL
فناوری ترکیب ریخته‌گری تختال نازک و نورد گرم CONROLL به وسیله Voest Alpine IndustrieanLagendau توسعه داده شد. این فناوری تختال با ضخامت ۷۰ تا ۸۰ میلیمتر را از طریق قالب مستقیم تولید می‌کند اما سیستم کاهش ضخامت استرند را ندارد. ماشین ریخته‌گری به گونه‌ای طراحی شده که می‌تواند نازل غوطه‌ور ورودی و تاندیش را تعویض کند. سرعت ریخته‌گری آن حدود ۲ تا ۴ متر بر دقیقه بوده و قادر به تولید عرض۹۵۵ تا ۱۶۰۰ میلیمتر است. سیستم ریخته‌گری به یک کوره متعادل‌کننده دمامتصل شده تا دمای تختال را تا ۱۱۲۰درجه سانتی‌گراد تنظیم کند. خط نورد ۴، ۵ یا ۶ استند نورد نهایی بسته به محصول و ضخامت مورد نظر است. سیستم نورد شامل یک سیستم برش، سیستم پوسته‌زدا با آب فشار بالا، سیستم خنک‌کن و سیستم کویل است. ضخامت نهایی تختال ۱/۸ تا ۲۰میلیمتر است. این فناوری سال ۱۹۹۵م در Armco’s Mansfiel نصب شد. آرمکو با این فناوری همخوانی داشت زیرا این فناوری به‌ویژه برای فولادهای زنگ نزن ایجاد شده بود. گریدهای فولادی شامل فولادهای کربنی، فولادهای زنگ نزن ۴۰۹، ۴۳۰ و درصد کمی فولادهای سیلیکونی، آلیاژ بالا و HSLA است.
فناوری تی‌اس‌پی
این فناوری به وسیله Tippins Incorporated امریکا سازنده سیستم‌های ریخته‌گری ایجاد شد. این فناوری قادر به تولید فولادهای کم‌کربن تا کربن بالا، فولادهای زنگ نزن، فولادهای دارای قابلیت کششی، سیلیکونی، HSLA، فولادهای API است. یکی از مزایای این روش انعطاف‌پذیری آن است. این فناوری قادر به تولید محصولات کویل شده، پلیت با عرض و ضخامت مورد نظر است. ریخته‌گری تختال‌های با ضخامت متوسط چند مزیت دارد. نخست اینکه با توجه به اینکه تختال به اندازه کافی دارای ضخامت پایین مناسب است نیازی به بخش نورد اولیه ندارد.
در عین حال به اندازه کافی ضخیم است تا کیفیت سطحی خوب بماند. ضخامت متوسط این امکان را فراهم می‌کند که تختال‌هایی با عرض بیشتر تولید شود و با توجه به ماندن حرارت در تختال زمان گرم کردن دوباره را کوتاه می‌کند که این باعث کاهش تشکیل پوسته‌های اکسیدی می‌شود. سپس تختال وارد کوره گرمکن شده و زمان ماند آن برای رسیدن به دمای ۱۲۵۵درجه حدود ۱۲ تا ۱۳دقیقه است. وقتی که اسلب در فرآیند نورد به ضخامت ۲۰ تا ۲۵ میلیمتر رسید در کوره‌هایی کویل شده تا دمای تختال حفظ شود. این تختال به صورت رفت و برگشتی در خط نورد حرکت می‌کند. در مجموع ۳ عملیات نورد و ۶ عملیات کویل کردن نیاز است تا ضخامت تختال به ۱/۵میلیمتر برسد.
فناوریEsp
نخستین پلنت با فناوریEsp در ایتالیا با ظرفیت تولید ۲/۳ میلیون تن در سال راه‌اندازی شد. محدوده ابعاد محصول تولیدی ۱۵۷۰ میلیمتر و ضخامت تا ۰/۸ میلیمتر است. این پلنت قادر به تولید محصولاتی از فولادهای کربنی، فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا، گریدهای API، فولادهای دوفازی و گریدهای سیلیکونی است. در طول سال‌های ۲۰۱۳ و ۲۰۱۴م، Rizhao Steel احداث ۵ خط از این فناوری را برای افزایش تولید تسمه نورد گرم شده نازک درخواست کرد. نخستین پلنت چینی ۳ خط و هر کدام با ظرفیت تولید سالانه ۲/۵۵ میلیون تن در سال تسمه گرم فوق نازک عرضی در محدوده ۹۰۰ تا ۱۶۰۰ میلیمتر دارد. خطوط ۴ و ۵ با عرضی حدود ۹۰۰ تا ۱۳۰۰ میلیمتر جایگزین تجهیزات قدیمی پلنت موجود خواهد شد.
ضخامت تسمه‌ها حداقل ۰/۸ میلیمتر است. فولاد مذاب در این فناوری به تختال نازک تبدیل شده و پس از خروج از قالب با استفاده از سیستم مغزی مذاب ضخامت آن کاهش پیدا می‌کند. سپس در دمای بالا نورد شده و ضخامت آن تا یک ضخامت متوسط کاهش می‌یابد. سیستم برش پاندولی دامی بار از تختال جدا می‌کند. این بخش شامل ۳ یا ۴ استند است. در این فناوری از کوره القایی به جای تونلی استفاده شده که مزیت آن کاهش طول و مصرف گاز طبیعی است اما مصرف انرژی الکتریکی آن نسبت به فناوری‌های دیگر بالاتر است و تعمیرات پیچیده‌تری دارد. بعد از حرارت‌دهی دوباره و رسیدن به دمای مناسب نورد تختال وارد مرحله نهایی نورد شده و کویل می‌شود.
جنبه‌های متالورژیکی
برخی از جنبه‌های متالورژیکی این فناوری شامل انجماد سریع تختال نازک در مقایسه با ضخامت متداول، تصحیح ساختار دندریتی و کمک به همگنی بیشتر ساختار و کمک به ویژگی‌های ایزوتروپیک در طول نورد به دلیل دمای بالای تختال قبل از نورد میکروآلیاژهای اضافه شده است که به صورت حل شده باقیمانده و از رسوب زودهنگام عناصر جلوگیری می‌کند. دمای بالای تختال در زمان خمش از ایجاد ترک‌های عرضی جلوگیری می‌کند. انتقال مستقیم تختال به نورد مهم‌ترین عامل کاهش مصرف انرژی در نورد است.
فناوریQSP
این فناوری برای تولید با ظرفیت‌های بیش از ۳ میلیون تن در سال در جایی که کیفیت داخلی و ابعادی تختال مدنظر است، استفاده می‌شود. این فناوری برای پلنت‌هایی طراحی شده که اسلب ضخیم‌تر را تولید کرده و تنها با یک استرند ریخته‌گری می‌خواهند به ظرفیت ۲میلیون تن در سال برسند. در گریدهای بالاتر این فناوری از نورد دو مرحله‌ای و نورد ترمومکانیکی استفاده می‌کند. استفاده از تختال ۱۰۰ میلی‌متری و کنترل دما امکان نصب ۸ استرند نورد را در این فناوری فراهم می‌کند.
فناوری ftsr
نسخه فشرده‌تر QSP فناوری ftsr است. با این روش هزینه سرمایه‌گذاری کاهش پیدا می‌کند. این فناوری کوتاه‌تر از QSP است. در این پلنت نوردهای اولیه و نهایی به صورت پشت سرهم به یکدیگر کوپل شده‌اند. Ftsr بسیاری از مزایای QSP را در یک جانمایی فشرده‌تر ارائه می‌دهد. محدودیت این روش ناتوانی در تولید گریدهای خاص مانند گرید X۸۰- API X۷۰ است که در نواحی بسیار سردسیر کاربرد داشته و برای تولید آن به فرآیند ترمومکانیکی خاص نیاز است. این فناوری نسبت به QSP ضخامت پایین‌تری داشته که به طور معمول ۷۰ میلیمتر با امکان رسیدن به ۸۵ میلیمتر است. از سوی دیگر به دلیل فشردگی پلنت این فناوری قابلیت تولید محصولات نیمه نهایی برای تولید محصولات فوق‌سبک ۰/۸ میلی‌متری در ۷ استرند را داراست.
فناوری ETR
این فناوری بسیار فشرده امکان نورد مداوم تولید تختال فوق نازک با ضخامت تا ۰/۸ میلیمتر را فراهم می‌کند. اگر ضخامت تختال ۸۰ میلیمتر در نظر گرفته شود با سرعت ریخته‌گری بالای ۷ متر بر دقیقه میزان تولید بیش از ۲ میلیون تن در سال خواهد بود. این امر فناوری را برای تولید تختال‌های نازک و فوق‌نازک تا ۰/۸ میلیمتر مناسب می‌کند.
استیل پدیا | مرجع خبر و تحلیل صنعت فولاد ایران و جهان