دانشنامه خط نورد
مقدمه
به دلیل کاربرد وسیع محصولات فولادی در صنایع مخلتف از جمله صنعت فولاد، صنعت ساختمان، صنعت جرثقیل سازی و غیره میزان تولید و مصرف ظاهری آن در هر کشور به عنوان یک معیار از توسعه در نظر گرفته می شود. امروزه خطوط تولید محصولات فولادی در کشور نصب و راه اندازی شده تا به نوعی زنجیره تولید تکمیل گردد اما کمتر به تولید ورقه ضخیم فولادی که کاربرد مهمی در تولید انواع مخازن، سازه های فلزی، کشتی و خطوط انتقال محصولات نفت و پتروشیمی داشته شده است.
روش تولید این محصول، فرآیند نورد داغ (نورد گرم) می باشد که بر تختال (اسلب) تولید شده به روش ریخته گری مداوم صورت می پذیرد. انتخاب مشخصات فنی فرآیند نورد گرم متناسب با نیاز از اهمیت ویژه ای برخوردار است چرا که به عنوان مثال دو روش کلی در محصولات تخت با عنوان های نورد رفت و برگشتی و نورد پیوسته در دنیا مرسوم است که این تفاوت های عمدهای با یکدیگر دارند می بایست با در نظر گرفتن جمیع جوانب به انتخاب پروسه پرداخته شود. همچنین انتخاب پیکربندی قفسه نورد و نوع تجهیزات مورد استفاده در آن به طور مستقیم بر روی کیفیت محصول (شکل هندسی ورق، تلرانس ضخامت، میزان صافی ورق و …) تاثیر گذار خواهد بود که اهمیت انتخاب صحیح تجهیزات مربوطه را آشکار می سازد چرا که انتخاب نادرست روش و یا پیکربندی مناسب و تجهیزات مربوطه می تواند منجر به هدر رفت منابع مالی، عدم دستیابی به کیفیت مطلوب و حتی عدم امکان تولید برخی محصوالت گردد.
انتخاب پروسه و تجهیزات نورد گرم به عوامل گوناگونی وابسته است و بنابراین از پروژه ای به پروژه دیگر متفاوت بوده و می بایست با توجه به شرایط پروژه، منابع مالی در دسترس، محصولات تولیدی و ظرفیت تولید مورد نظر انتخاب گردد.
در این گزارش، ابتدا مفاهیم و اصول اساسی نورد بیان خواهد شد و پس از آن دو روش مرسوم نورد سرد رفت و برگشتی و نورد گرم پیوسته توضیح داده شده و از نقطه نظرات سرمایه گذاری اولیه، کیفیت محصول،پرسنل مورد نیاز، گستره محصولات قابل تولید، ظرفیت خط، هزینه های بهره برداری، مصارف انرژی و … با یکدیگر مقایسه شده اند. در نهایت روش متناسب با این پروژه با توجه به سبد تولید و ظرفیت معرفی می گردد.
اصول نورد
فرآیند تغییر شکل مومسان فلز از طریق عبور از بین غلتک ها به نورد موسوم است. نورد از متداول ترین فرآیندهای فلزکاری است زیرا ظرفیت تولید آن بالا و کنترل محصول نهایی دقیق است. در تغییر شکل فلز بین غلتکها و در نتیجه ی اعمال فشار، تنشهای فشاری زیادی به قطعه وارد می شود و در نتیجه ی اصطکاک بین غلتک ها و فلز، تنش های برشی سطحی ایجاد می گردد. این نیروهای اصطکاکی سبب کشیده شدن فلز به فضای بین دو غلتک نیز می شوند که مجموعه ی این تنش ها، منجر به عبورفلز از فضای کم میان غلتکها میگردد.
تعریف ارائه شده در بالا از نورد، بسیار جامع می باشد و با توجه به اینکه نورد در صنعت حالت های گوناگون دارد، این فرآیند از چند دیدگاه تقسیم بندی می شود.اولین دیدگاه جنبه ی ظاهری فلز پس از فرآیند نورد می باشد، که بر اساس این معیار، این فرآیند به دو دسته ی نورد تخت (Flat Rolling)و یا طولی و نورد میله ها و مقاطع(Section Rolling)تقسیم می شود. دیدگاه دیگر از نقطه نظر دمای نسبی نورد فلز مورد نظر می باشد، که در این دسته بندی نیز نورد شامل دو دسته بندی کلی نورد سرد(Cold Rolling) و نورد داغ(Hot Rolling)می گردد. در این بخش ابتدا به معرفی نورد سرد و داغ پرداخته می شود و سپس نورد تخت و مقاطع به بحث افزوده خواهد شد .
نورد گرم
برای بیشتر قطعات فولادی، اولین عملیات انجام شده بر آنها کار گرم است که در دستگاه اولیه ی نورد انجام می شود. هدف از این عملیات تبدیل شمش ریختگی (شمشه(Billet)، شمشال(Bloom) و تختال(Slab)) به تختال مناسب برای عملیات نهایی به منظور تولید میلگرد، صفحه، ورق و مقاطع دیگر است.
در این فرآیند دمای قطعه در حین فرآیند نورد بیش از 7/0 نقطه ی ذوب فلز است، این بدان معنا است که دمای قطعه در محدوده ی کار گرم قرار دارد. برای نورد داغ فولاد ها، شمش ابتدا تا محدوده ی دمایی 1100 C ̊ تا 1300 C ̊ حرارت داده می شوند و سپس فرآیند شکل دهی بر روی آن صورت می پذیرد.
تاریخچه
تاریخچه ی نورد گرم قطعات فولادی به نیمه دوم قرن هفدهم میلادی باز می گردد، یعنی کمی بیشتر از 350 سال از آغاز این صنعت می گذرد. یکی از دلایل این موضوع که نورد داغ فولادها تا قرون هفده و هجده انجام نشده بود، عدم دسترسی به آهن در میزان صنعتی تا این عصر می باشد. در آن زمان فولاد تولید شده بسیار ترد بوده و برای آنکه قابلیت کارپذیری پیدا کند نیاز بوده به روش های مختلف عمل دکربوره کردن روی آن انجام شود و سپس به صورت کارپذیر درآید ، از طرف دیگر تبدیل فولاد به میله با سطح مقطع کمتر از سه چهارم اینچ مربع به علت سرد شدن سریع فولاد داغ و کم شدن کارپذیری آن امکان پذیر نبوده است.
در اواخر قرن 17 میلادی، از غلتکهای ساده ای برای تبدیل میله به ورق استفاده شد، بعدها در قرن 18 با استفاده از غلتک های شیاردار به تولید مقاطع پرداخته شد.
تا قرن 18 غلتک ها با نیروی چرخ آبی به گردش در می آمدند، اختراع موتور بخار به طرز محسوسی کار نورد را ساده تر کرد تا در قرن 19 این موتورها جای خود را به موتورهای برقی دادند اگرچه دانستن این موضوع خالی از لطف نیست که تا اواخر قرن بیستم کماکان از موتور بخار برای تامین نیروی نورد استفاده می شده است.
نورد سرد
نورد سرد برای تولید محصولات با پرداخت سطحی و تلرانس دقیق تری، در مقایسه با محصولات حاصل از نورد گرم به کار می رود. همچنین از کرنش سختی ناشی از کار سرد هم میتوان برای ازدیاد استحکام استفاده کرد. همانطور که از نامش پیداست، در این فرآیند، قطعه کار به طور معمول در دمای محیط و در حالت سرد تحت عملیات نورد قرار می گیرد. ماده ی آغازگر برای نورد سرد ورق فولادی، کلاف نورد گرم و اسیدشویی شده ی حاصل از نورد گرم است.
به طور کلی، کاهش ضخامت کل حاصل از نورد سرد از 50% تا 90% متغیر است. معمولا به دلیل ازدیاد بیش از حد کرنش سختی، انجام کاهش ضخامتهای بیش از 90% در این فرآیند ممکن نبوده و یا بسیار مشکل می باشد و بهتر است پیش از آن عملیات آنیل صورت گیرد. هنگام تعیین مقدار کاهش در هر مرحله باید توزیع کرنش در مراحل مختلف حتی المقدور یکنواخت در نظر گرفته شود و کاهش در هر مرحله چندان از حداکثر کاهش مجاز آن مرحله کمتر نباشد .
از دیگر کاربردهای نورد سرد برای فولادها، حذف پدیدهی نقطه ی تسلیم در ورق های فولادی تابکاری(آنیل) شده است. انجام یک کاهش ضخامت کم سرد (تمپر) (Temper Rollimg) یا تکمیل کاری نهایی سبب حذف ازدیاد طول نهایی می شود.
تاریخچه
در ابتدا نورد سرد فلزات تخت محدود به فلزهای کارپذیر در دمای پایین بوده است که از این دست فلزات میتوان به طلا و آلیاژهای آن اشاره کرد. در قرن 14 میلادی غلتکهایی که با نیروی دست به چرخش در می آمد برای نورد طلا تولید شد. اما نورد با شکل و شمایل امروزی در قرن هفدهم بوجود آمد. در این قرن نورد سرد آهن در سه کشور آلمان، بلژیک و انگلیس در محدوده ی زمانی تقریبا یکسان برای هر سه کشور امکان پذیر بوده است. با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی نورد به تدریج دستگاههای نورد پیشرفته تر وارد صنعت شده و انجام فرآیند نورد را راحت تر کرد.
نورد تخت یا طولی
متداولترین نوع نورد، نورد تخت و یا طولی است، که قطعه در میان دو غلتک ساده ی استوانه ای که محورهای موازی دارند قرار میگیرد. هدف اصلی از این فرآیند تولید ورق با ضخامت کمتر، از ورق ضخیم تر و یا تختال است، محصول این فرآیند میتواند نهایی یا میانی باشد. در شکل 2 -1 یک دستگاه قفسه ی نورد 4 غلتکی و اجزا اصلی آن نمایش داده شده است. در نورد تخت گرم، ماده ی ورودی تختال و در فرآیند نورد تخت سرد ماده ی ورودی ورق گرم نوردیده می باشد.
نورد مقاطع و میله ها
نورد یک مقطع عبارت است از گذر قطعه از بین شیارهای ساخته شده روی سطح جانبی غلتکهای یک قفسه نورد، که به منظور شکل دهی به سطح مقطع قطعه کار انجام می پذیرد. بنابراین در نورد مقاطع، سطح مقطع قطعه کار نه تنها کاهش مییابد بلکه تغییر شکل نیز می دهد. در هر مرحله از نورد، شکل سطح مقطع قطعه کار همانند شکل کالیبر ایجاد شده بین شیار غلتکها بالا و پایین می شود. در این شرایط فلز تغییر شکل زیادی را متحمل می شود و بر خالف نورد ورق نه تنها در راستای طول تغییر شکل میدهد بلکه در جهت عرضی نیز متحمل کرنش می شود. میله ها با مقاطع دایره و یا شش ضلعی و مقاطع سازهای فولادی مانند تیرآهن، ناودانی، نبشی و ریلهای راه آهن از طریق نورد گرم با غلتکهای شیاردار به مقدار زیاد تولید می شوند. ماده ی ورودی در نورد مقاطع به طور کلی شمشه و یا شمشال میباشد، که با توجه به مقطع تولیدی نهایی تعیین می گردد.
طراحی مراحل نورد به منظور دسترسی به یک سطح مقطع ویژه با ابعاد مشخص، یکی از مسائل مهم نورد مقاطع است. طراحی مراحل نورد به دلیل های گوناگون همواره مورد توجه تولید کنندگان محصولات نورد مقاطع بوده است. برخی از این دلایل عبارتند از:
- نیاز به تولید مقاطع نوین
- نیازه به تغییر ابعاد یک سطح مقطع شناخته شده
- نیاز به تغییر ماده اولیه
- نیاز به تغییر در ابعاد شمش اولیه
- دستیابی به تلورانس های دقیق تر
- کاهش سایش غلتک ها و آسیب های تولید
- افزایش سرعت نورد
- تغییر در اندازه، جایکاه و شکل قفسه های غلتک
- راه انداری خطوط تولید جدید
