ماشین آلات و فرآیند تولید ورق گالوانیزه

ورق گالوانیزه یکی از پرکاربرد ترین ورق های فولادی تولید شده در کشور می‌باشد. نه تنها در ایران بلکه در جهان این نوع ورق ها کاربرد های بسیاری دارند. مخازن حمل و نگه درای آب ، لوله های آب ، سقف سوله ها و بسیاری موارد دیگر را ورق های گالوانیزه تشکیل میدهند.

گالوانیزه سازی چیست؟

گالوانیزه سازی یکی از پرکاربردترین روش‌ها برای حفاظت از فلز در برابر پوسیدگی و زنگ زدگی است. این فرایند شامل افزودن لایه نازکی از روی به فلز اصلی است و به حفاظت از فلز اصلی در برابر محیط اطراف کمک می‌کند. دفعهٔ بعد که سوار خودرو شدید، به تابلوهای خیابان‌ها و چراغ‌های روشنایی معابری که از آن‌ها می‌گذرید، نگاهی بیندازید. بسیاری از آن‌ها رنگ نقره‌ای کم رنگ به خود دارند. آن رنگ “نقره‌ای” در واقع همان پوشش روی است. گالوانیزه کردن می‌تواند به شکل‌های مختلف از فلز محافظت کند. ابتدا اینکه پوششی محافظتی ایجاد می‌کند که این پوشش از فلز در برابر محیط اطراف محافظت می‌کند. لایه روی از زنگ زدگی و پوسیدگی فولاد زیرین در برابر آب، رطوبت و سایر عناصر موجود در هوا محافظت می‌کند. تنها در صورتی که لایه روی به‌صورت عمیق ساییده یا خراش یابد، فلز اصلی در معرض پوسیدگی قرار گرفته و آسیب پذیر می‌شود. همچنین، گالوانیزه کردن می‌تواند از طریق فرایند دیگری به نام “زنگ زدائی گالوانیک” از فلز محافظت کند. زنگ زدائی گالوانیک زمانی رخ می‌دهد که دو فلز با ترکیب‌های الکتروشیمیایی متفاوت در حضور یک محلول الکترولیت (رسانای برق) مثل آب شور با یکدیگر در تماس باشند. بسته به ساختار اتمی این دو فلز، یک فلز به آنُد و دیگری به کاتُد تبدیل می‌شود. آنُد نسبت به حالت طبیعی خود سریع‌تر و کاتد نسبت به حالت طبیعی خود، آهسته‌تر زنگ می زند. دلیل اینکه از روی در گالوانیزه سازی استفاده می‌شود، این است که این فلز زمانی که در تماس با بسیاری از فلزها قرار می‌گیرد، میل به آنُد شدن دارد. از آنجایی که پوشش روی در برابر بسیاری از فلزها معمولاً آنُد است، پوسیدگی و زنگ زدگی فلز اصلی یا همان کاتد را آهسته‌تر می‌کند.

اینفوگرافیک فرایند تولید ورق گالوانیزه

همانطور که در اینفوگافیک مشاهده می‌کنید، پس از طی شدن مراحل اولیه تولید فولاد، شمش‌ها وارد فرایند نورد می‌شوند و پس از طی شدن فرایند نورد گرم، ورق تولید شده اسید شویی می‌گردد، در این مرحله با توجه به نیاز تولید ممکن است ورق وارد فرایند نورد سرد گردد و هم ممکن است به همان صورت خروجی نورد گرم کلاف شود. در مرحله بعد ورق در فرایند گالوانیزه سازی فابریک که در بالا به آن اشاره شد قرار می‌گیرد و پس از طی کردن فرایند مزبور مجدداً کلاف پیچ می‌گردد.

روش تولید ورق گالوانیزه

ورق‌های گالوانیزه در تمامی ابعاد و ضخامت‌ها به طریق مشابه تولید می‌شوند. به عبارتی، اصول کلی فرآیند تولید ورق گالوانیزه یکسان و ثابت است اما در برخی جزئیات متفاوت هستند. بر همین اساس، انواع روش‌های تولید ورق گالوانیزه را خواهیم داشت که انواع غوطه‌وری گرم یا گالوانیزه گرم، الکتروگالوانیزه یا گالوانیزه سرد، گالوانیلینگ و پیش-گالوانیزه را شامل می‌شوند. در ادامه هر ۴ روش تولید ورق گالوانیزه شرح داده خواهد شد.

فرآیند تولید ورق گالوانیزه به روش غوطه وری گرم

گالوانیزه گرم یکی از رایج‌ترین روش‌های تولید ورق گالوانیزه است و ورق‌های تولیدی به این روش را ورق گالوانیزه گرم می‌گویند. این فرآیند مستلزم پوشش دهی یک ورق آهنی یا فولادی با غوطه‌ور کردن آن در حمام روی مذاب در دمای حدود ۸۴۰ درجه فارنهایت (۴۵۰ درجه سانتی گراد) است. پس از خارج شدن از حمام، پوشش روی بر روی سطح آهن یا فولاد بیرونی با اکسیژن موجود در جو واکنش می‌دهد و اکسید روی (ZnO) را تشکیل می‌دهد.
اکسید روی با دی‌اکسید کربن واکنش می‌دهد و لایه محافظی به نام کربنات روی(ZnCO3) را تشکیل می‌دهد. این فیلم حاوی رنگ مایل به خاکستری مات و نسبتاً پایدار است و محکم به سطح ورق فولادی می‌چسبد. در گالوانیزه گرم، روی از نظر شیمیایی با ورق زیرین پیوند تشکیل می‌دهد و بخشی از فولاد محافظت‌شده می‌شود. با غوطه‌ور شدن در روی مایع، کل سطح، ازجمله تمام گوشه‌ها و لبه‌ها دارای پوشش روی می‌شوند. ضخامت لایه روی بستگی به ضخامت ورق فولادی زیرین دارد و طبق استاندارد DIN EN ISO 1461، برای ورق‌های تا ضخامت ۱.۵ میلی‌متر در حدود ۴۵ میکرون، برای ورق‌های تا ضخامت ۳ میلی‌متر حدود ۵۵ میکرون و ورق‌های تا ۶۰ میلی‌متر به‌اندازه ۷۰ میکرون است.

فرآیند تولید ورق گالوانیزه به روش الکتروگالوانیزه

در این نوع فرآیند گالوانیزه کردن، فلز خام در محلول الکترولیت فرو برده می‌شود که در آن آند از روی تشکیل‌ شده است. همان‌طور که فرآیند الکترولیز اتفاق می‌افتد، جریان از آند روی به فلز که نقش کاتد را دارد، وارد می‌شود و ذرات روی بر روی سطح آن رسوب می‌کنند. بااین‌حال، این نوع پوشش هم ناهموار و هم بسیار نازک است، هرچند ظاهری جذاب و براق دارد. علاوه بر این، این فرآیند آن چنان به مرحله تمیزکاری قبل از عملیات نیازی ندارد که این باعث می‌شود ناخالصی‌ها روی سطح فلز باقی بمانند.
از این روش تحت عناوینی همچون گالوانیزه سرد و آبکاری نیز یاد می‌شود. ورق گالوانیزه سرد نیز محصولی تولیدشده به همین روش است. آبکاری یک روش اقتصادی، همه‌کاره و مؤثر برای اعمال یک پوشش محافظ برای اجزای فولادی کوچک است. این فرآیند، پرکاربردترین روش استفاده از پوشش‌های فلزی برای اتصال‌دهنده‌های کوچک، به‌ویژه آن‌هایی است که دارای رزوه‌های ظریف هستند.
به‌طورکلی، در فرآیند آبکاری الکتریکی یک محدودیت در ضخامت پوشش روی وجود دارد و نمی‌توان از طریق آن پوشش‌های ضخیم را اعمال کرد. از این رو کاهش ضخامت روی باعث می‌شود که این ورق‌ها برای قرارگرفتن در معرض فضای باز آن‌هم بدون پوشش‌های تکمیلی، مناسب نباشند. تفاوت ورق گالوانیزه سرد و گرم را در اینجا بخوانید.

فرآیند تولید ورق گالوانیزه به روش گالوانیلینگ

گالوانیلینگ نوعی روش پوشش دهی عنصر روی است که به‌صورت ترکیبی فرآیندهای آنیلینگ و گالوانیزه گرم انجام می‌شود و نتیجه آن، ایجاد یک پوشش به رنگ خاکستری مات بر روی ورق فولادی است. فولاد گالوانیله یک محصول آلیاژی روی-آهن است که در آن فلز پایه (ورق سیاه فولادی) با فرآیند غوطه‌وری گرم پوشش داده می‌شود و سپس برای ایجاد آلیاژ بین پوشش روی مذاب و فولاد حرارت داده می‌شود. ورق گالوانیل شده برای جوشکاری مناسب و سطح آن برای چسبندگی رنگ عالی است.

فرآیند تولید ورق گالوانیزه به روش پیش-گالوانیزه

این فرآیند مشابه با روش گالوانیزه گرم است، اما در همان مرحله اول تولید انجام می‌شود. پیشگالوانیزه کردن فرآیندی است که شامل نورد کردن ورق فلز و سپس تمیزکردن آن از طریق یک ماده تمیزکننده برای آماده‌سازی سریع به‌منظور گالوانیزه کردن است. سپس فلز از داخل حوضچه‌ای از روی مایع مذاب عبور داده می‌شود و بلافاصله به‌صورت کویل درمی‌آید. مزیت اصلی این روش این است که کویل‌های ورق فولادی را می‌توان به‌سرعت در مقیاس بزرگ با پوشش یکپارچه‌تری نسبت به روش سنتی غوطه‌وری گرم گالوانیزه کرد.

بهترین روش تولید ورق گالوانیزه کدام است ؟

ازآنجایی‌که پارامترهایی که در فرآیند تولید یک محصول دخیل هستند، بر خواص نهایی آن تأثیر می‌گذارند، بنابراین انتخاب بهترین فرآیند تولید ورق گالوانیزه کار آسانی نخواهد بود؛ چراکه هرکدام از ۴ روش یادشده در بالا، منجر به ایجاد خواص، ضخامت، سطح ظاهری و کارایی نسبتاً متفاوتی می‌شوند. بنابراین بهتر است که بهترین فرآیند تولید ورق گالوانیزه را متناسب با هدف و کاربرد خود برگزینیم.
بااین‌حال، روش گالوانیزه گرم یا غوطه‌وری گرم، روشی است که بیشتر در صنعت مورداستفاده قرار می‌گیرد و محبوبیت بیشتری دارد. دلیل این امر به‌سادگی فرآیند و هزینه کمتر تجهیزات موردنیاز و نیز سرعت تولید بالاتر بازمی‌گردد. حمام‌های بزرگ بدین منظور آماده می‌شوند و ورق‌های با ضخامت‌های متنوع را می‌توان با غوطه‌وری در آن‌ها، پوشش دهی کرد.

مراحل تولید ورق گالوانیزه به روش غوطه‌وری گرم چیست؟

در این بخش به معرفی مراحل تولید ورق گالوانیزه به روش غوطه‌وری خواهیم پرداخت:

۱. شستشو

مرحله اول تولید ورق گالوانیزه به روش غوطه‌وری گرم، ورق‌ها را شستشو داده تا اگر آلودگی روی سطح آن‌ها وجود دارد پاک ‌شود. خود این مرحله از سه بخش مجزا تشکیل شده است:

چربی‌گیری

در این بخش باید تمامی مواد ازجمله رنگ، چربی و روغن روی سطح ورق را شستشو داد. برای این کار ممکن است احتیاج به روش‌هایی مانند سندبلاست یا ساییدن باشد.

اسید شویی

در این مرحله با غوطه‌ور کردن ورق در حمام اسیدکلریدریک آلودگی‌های باقی‌مانده روی سطح آن را پاک می‌کنند و درنهایت هم در وان آب شسته می‌شوند

فلاکسین

در این مرحله ورق‌ها را در حمام گرم کلرید آمونیاکی روی قرار داده تا سطح فولاد برای انجام واکنش با مذاب روی آماده شود.

آنیل

یکی از بخش‌های مربوط به مرحله شستشو که در تولید ورق گالوانیزه به روش غوطه‌وری گرم انجام می‌شود، بخش آنیل است. برای این کار ورق‌ها را وارد کوره‌های آنیل کرده و ورق‌ها سه مرحله پیش گرم، گرم شدن و هم‌دمایی را طی کرده تا عملیات بازپخت به‌درستی انجام شود. در این مرحله اکسیدهای باقی‌مانده‌ای که پس از شستشوی اولیه هنوز روی سطح ورق باقی‌مانده‌اند از بین می‌روند.

۲. غوطه‌وری در حمام روی مذاب

با گذراندن دو مرحله شستشو و آنیلینگ، ورق‌ها آماده ورود به کوره مذاب روی خواهند بود. دقیقاً در این بخش است که بر دو سطح ورق، لایه نازکی از روی قرار می‌گیرد. تنها نکته مهم این مرحله تنظیم ضخامت روی است که با کمک دستگاه جت هوا صورت می‌گیرد.

۳. خنک کاری

در گام بعدی باید ورق‌های گالوانیزه را خنک کرد که این کار در دو مرحله صورت می‌پذیرد. مرحله اول مربوط به بخش کاهش دما با دمش هواست. در مرحله بعدی ورق‌های گالوانیزه را از تانک آب عبور می‌دهند تا دمای آن کاملاً پایین بیاید. البته درنهایت برای خشک کردن ورق‌ها مجدداً از دمش هوا استفاده می‌کنند. درنهایت هم سطح ورق‌ها را با یک لایه کروماته پوشش می‌دهند تا در برابر شوره زدن مقاوم باشد.

تولید ورق گالوانیزه به روش الکتروگالوانیزاسیون

آبکاری یکی از روش‌های تولید ورق گالوانیزه است که توسط آن بر سطح ورق فولادی، روکشی کاتیونی شکل می‌گیرد و به‌این‌ترتیب آن را در برابر خوردگی مقاوم می‌سازد. این فرایند با استفاده از جریان الکتریکی در یک محلول الکترولیتی انجام می‌شود.
* توجه: می‌توانید از پالاینده‌های دانه‌ای در این محلول استفاده کرد تا پوشش روی نهایی که بر سطح ورق فولادی ایجاد می‌شود سطح صافی داشته باشد.

تولید ورق گالوانیزه به روش گالوانیزه سازی فابریک

روش تولید ورق گالوانیزه با استفاده از گالوانیزاسیون فابریک کاملاً شبیه به روش غوطه‌وری گرم است با این تفاوت که در این روش کلاف ورق باز شده بعد از تمام شدن فرایند گالوانیزه دوباره به حالت ابتدایی خود کلاف پیچ می‌شود. با استفاده از این روش می‌توان پوشش یکنواخت‌تری روی سطح ورق فولادی ایجاد کرد؛ اما در برش کلاف‌هایی که به این روش پوشش داده شده‌اند به مشکل بر خواهید خورد زیرا نواحی برش داده شده، پوششی نخواهند داشت.

بخش های مختلف خط تولید ورق گالوانیزه

کوره

در خط تولید کننده ورق آهن ابتدا به کوره وارد می شوند، سپس عملیات لازم روی آن ها اعمال شده و وارد حوزه های مذاب روی خواهند شد.

مشعل ها

۱۵۶ عدد مشعل در خط گالوانیزه مجتمع فولاد مبارکه تعبیه شده است. این مشعل ها در دو طرف خط گالوانیزه قرار دارند.

هم دمایی

در مرحله هم دمایی، دمای ورق ها از طریق گرمکن ها حفظ می‌شود. این حفظ دما جهت آنیل شدن آهن است.

سرمایش

پس از مرحله آنی شدن، دمای آهن به ۵۰۰ درجه سانتیگراد یا کمتر کاهش می یابد.

هموژنیزه

در مرحله هموژنیزه دمای کوره باید ثابت نگه داشته شود. این عمل جهت همگن شدن دما در ورق ها صورت می گیرد.

داکت اسنوت

داکت اسنوت از طریق انجام ایزوله اتمسفری کوره به مواد مذاب وارد می شود. گازهای هیدروژن و نیتروژن با ضرایب مشخصی در داکت اسنوت وجود دارند. ترکیب گازها در داخل داکت اسنوت به صورت صفر درصد هیدروژن و ۱۰۰ درصد نیتروژن یا ۲۰ درصد هیدروژن و ۸۰ درصد نیتروژن است.

غلتک ها و اجزا ایجاد کشش در تولید ورق گالوانیزه

غلتک های موجود در خط تولید ورق گالوانیزه جهت تنظیم کشش ورق ها به کار برده می شوند. در بخش های مختلف، با توجه به نیازهای موجود از غلتک های مختلفی استفاده شده است که در ادامه آنها را تشریح می کنیم:

حوضچه های مذاب

دمای مورد نیاز حوضچه های مذاب از طریق دو عدد الکترود به روش القای حرارت تامین می شود. مذاب روی و ترکیبات آن در حوضچه های مذاب قرار دارند.

جت های هوا

ضخامت ورق های گالوانیزه از طریق جت های هوا تنظیم می شود. مواد اضافی در خط تولید ورق های گالوانیزه پس از خروج از حوضچه های مذاب از طریق جت های هوا جدا خواهند شد.

بخش کروماته کردن

کروماته کردن با هدف جلوگیری از خوردگی پوشش ورق های گالوانیزه انجام می شود.

اندازه گیری ضخامت ورق ها

تولید کننده ورق آهن برای اندازه گیری ضخامت ورق های گالوانیزه از حسگر مادون صوت استفاده می شود. ضخامت ورق های گالوانیزه بعد از خنک کاری اندازه گیری شده و نتایج به دست آمده به اتاق کنترل گزارش می‌شود.

چرا ورقه ها هنگام خروج از مواد مذاب کج می شوند؟

کج شدن ورقه ها هنگام خروج از مواد مذاب و تاثیرگذاری جت‌های هوا روی آن ها باعث می‌شود که ناهمواری های زیادی روی سطح این ورقه ها پدیدار شود. این مسئله به علت پایین بودن ظرفیت کشش ورق ها به وجود می آید. با استفاده از دستگاه ها و تجهیزات مدرن می توان ظرفیت کششی ورق ها را در خط تولید ورق گالوانیزه را بالا برد. کارشناسان ابتدا بر این باور بودند که پاره شدن ورقه ها به علت نحوه قرار گیری نادرست غلتک ها اتفاق می‌افتد، اما بعدها ثابت شد که این فرض اشتباه بوده و لازم است هنگام تولید ورق های گالوانیزه، استاندارد های دیگری را نیز پیاده سازی کرد.

در فرایند گالوانیزه کردن چه مقدار روی مصرف می شود؟

بر اساس آمارهای جهانی مصرف روی در فرآیند گالوانیزه کردن ۷۳۱.۹ میلیون تن در سال است. تا سال ۲۰۰۳ صنعت گالوانیزه در ۶۱ کشور جهان رواج یافت. تعداد خطوط گالوانیزه در این سال حدوداً ۳۶۲ خط بوده و در سال ۲۰۰۶ به ۴۹۲ خط گالوانیزه افزایش پیدا کرد.

جایگاه تکنولوژی در تولید ورق گالوانیزه

صنعت قالبسازی در دنیای کنونی به یک صنعت کلیدی تبدیل گردیده و لازمه تولید محصولات جدید و با کیفیت برتر به همراه باقی ماندن در صحنه رقابت وجود یک صنعت قالبسازی پیشرفته است. از طرفی طول عمر محصولات تولید شده و کیفیت ظاهری آن ها برای مصرف کننده و مورد مصرفی بسیار حائز اهمیت بوده و این مساله باعث مطرح شدن علم پوشش ها و پوشش دهی گردیده است. ترکیب این دو علم در بسیاری از صنایع از جمله صنایع خودرو سازی مطرح شده است. از دلایل مهم استفاده از علم پوشش دهی دور نگه داشتن بدنه خودرو یا هر قطعه صنعتی دیگری از خوردگی و صدمات ناشی از آن می باشد. بدین منظور بر روی قطعه فوق لایه ای از یک فلز فعال تر را می نشانند تا با فدا شدن در محیط خورنده از خوردگی فلز پایه جلوگیری نمایند.
یکی از پوشش های معمول در صنایع به خصوص صنایع اتومبیل سازی فلز روی می باشد که ورق فولادی مورد استفاده در ساخت بدنه خودرو توسط فلز روی پوشش داده می شوند. فلز روی در مقایسه با آهن در جدول پتانسیل فلزات فعالتر می باشد و بنابراین در یک محیط خورنده به صورت آند فدا شونده عمل کرده و قبل از آهن خورده می شود.

بررسی ضخامت فلز روی بر ورق گالوانیزه

در این صورت آهن کاتد و روی به عنوان آند بر روی ورق گالوانیزه عمل می کند و با از بین رفتن خود حفاظت آهن را سبب می شود. در صورتی که یک تعریف جامع از ورق گالوانیزه بخواهیم گالوانیزه کردن عبارت است از ایجاد پوشش فلز روی بر سطح فلز پایه آسیب پذیری که کاربرد و مصرف صنعتی دارد و معمولا آهن یا فولاد می باشد. ضخامت این پوشش بسته به نوع مصرف می تواند تا ۲۰۰ میکرون باشد. رنگ این پوشش سفید و مایل به خاکستری است و می تواند حالت تزئینی هم داشته باشد. به طرز عمومی پوشش ورق گالوانیزه را به دو طریق می توان ایجاد نمود:
عبور جسمی که می بایست تحت پوشش قرار گیرد از درون حمام مذاب فلز روی که به آن گالوانیزه به روش غوطه وری گرم می گویند.
استفاده از آبکاری که معمولا به آن گالوانیزه سرد یا الکتروگالوانیزاسیون می گویند.