الصفائح والفائف

عملية إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ

تشمل عملية إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل رئيسي صهر الفولاذ الخام، والتدحرج الساخن، والتدحرج البارد، وروابط أخرى. فيما يلي عرض مبسط لعملية إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ:

١. عملية صهر الفولاذ الخام المقاوم للصدأ

في الوقت الراهن، تُقسَّم عمليات صهر الفولاذ المقاوم للصدأ في العالم بشكل رئيسي إلى طريقة خطوة واحدة، وطريقة خطوتين، وطريقة ثلاث خطوات، فضلاً عن أساليب الإنتاج المتكاملة الجديدة. وتتمثل طريقة الخطوة الواحدة في: الحديد المنصهر + فرن تنقية الأرجون والأكسجين (AOD)؛ أما طريقة الخطوتين فهي: فرن القوس الكهربائي (EAF) + فرن تنقية الأرجون والأكسجين (AOD). وطريقة الثلاث خطوات هي: فرن القوس الكهربائي (EAF) + فرن تنقية الأرجون والأكسجين (AOD) + فرن التنقية بالفراغ (VOD). وبجانب عدة عمليات إنتاج تقليدية، يعتمدها حالياً العديد من الشركات أيضاً عملية الإنتاج المتكاملة، أي العملية التي تبدأ مباشرةً من الحديد المنصهر وتنتهي بالفولاذ المقاوم للصدأ. وتتكوّن هذه العملية من: الفرن الدوار-الكهربائي (RKEF) + فرن تنقية الأرجون والأكسجين (AOD).

٢. عملية الدرفلة الساخنة للفولاذ المقاوم للصدأ

تستخدم عملية الدرفلة الساخنة للفولاذ المقاوم للصدأ السبائك (وهي في الغالب سبائك من الصب المستمر) كمواد خام، وبعد تسخينها تُدرفل إلى شرائط فولاذية باستخدام وحدات الدرفلة الخشنة ووحدات الدرفلة النهائية. ثم يُبرَّد شريط الفولاذ الساخن الخارج من آخر بكرة درفلة في مرحلة الدرفلة النهائية إلى درجة الحرارة المحددة بواسطة تدفق طبقي، ويُلف بعد ذلك على هيئة لفافة فولاذية بواسطة آلة اللف. وتتميز اللفافة الفولاذية المبردة بوجود طبقة أكسيد على سطحها بلون أسود، وتُعرف عادةً باسم "اللفافة السوداء للفولاذ المقاوم للصدأ". وبعد إخضاعها لعملية التلدين والتنظيف الحمضي، تُزال الطبقة الأكسيدية من السطح، فتصبح ما يُعرف بـ"اللفافة البيضاء للفولاذ المقاوم للصدأ". ومعظم منتجات الدرفلة الساخنة المتداولة في سوق الفولاذ المقاوم للصدأ هي لفافات بيضاء للفولاذ المقاوم للصدأ. أما عملية إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ بالدرفلة الساخنة المحددة فهي كما يلي:

٣. عملية الدرفلة الباردة للفولاذ المقاوم للصدأ

بعد الدرفلة الساخنة للفولاذ المقاوم للصدأ، تُستخدم بعض منتجات الفولاذ المقاوم للصدأ المدرفلة ساخنًا مباشرةً من قِبل القطاعات اللاحقة، بينما تتطلب بعض المنتجات المدرفلة ساخنًا معالجة إضافية عبر الدرفلة الباردة قبل الاستخدام.

تتم درفلة الفولاذ المقاوم للصدأ باردةً في الغالب باستخدام منتجات الفولاذ المقاوم للصدأ المدرفلة ساخنًا التي يبلغ سمكها ٣٫٠–٥٫٥ مم. وبعد معالجة الدرفلة بواسطة معدات الدرفلة الباردة، تُنتج منتجات الفولاذ المقاوم للصدأ المدرفلة باردةً. وحاليًّا، توجد طريقتان رئيسيتان لإنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ بالدرفلة الباردة: الدرفلة الباردة ذات الإطار الواحد للفولاذ المقاوم للصدأ، والدرفلة الباردة متعددة الإطارات للفولاذ المقاوم للصدأ. أما العملية الإنتاجية المحددة فهي كما يلي:

بعد عملية الدرفلة الباردة للفولاذ المقاوم للصدأ، يجب أن تمر عبر وحدات التلدين والتنقية الحمضية. ويهدف تلدين الفولاذ المقاوم للصدأ بعد الدرفلة الباردة إلى إزالة التصلّد الناتج عن التشغيل من خلال عملية إعادة التبلور لتحقيق الغرض من التليين؛ أما هدف التنقية الحمضية فهو إزالة طبقة الأكسيد التي تتكون على سطح شريط الفولاذ أثناء عملية التلدين، وكذلك تمرير سطح الفولاذ المقاوم للصدأ لتحسين مقاومته للتآكل.

عملية إنتاج الفولاذ المدرفل على الساخن

١. تسخين السبيكة: يتم تسخين السبيكة الباردة إلى درجة حرارة مناسبة للدرفلة باستخدام فرن تسخين. وتعتمد درجة الحرارة المستخدمة في التسخين على عوامل مثل تركيب الفولاذ وشكله ومتطلبات الدرفلة. الدرفلة الخشنة: تُغذَّى السبيكة المسخَّنة إلى وحدة الدرفلة الخشنة وتُدرفل عبر عدة مجموعات من الأسطوانات عند درجة حرارة مرتفعة. والغرض من الدرفلة الخشنة هو ضبط الشكل والمقطع العرضي للسبيكة بشكل أولي ليقترب قدر الإمكان من المتطلبات المستهدفة. الدرفلة المتوسطة: تُغذَّى السبيكة بعد إتمام الدرفلة الخشنة إلى وحدة الدرفلة المتوسطة لإجراء درفلة إضافية، وذلك لضبط الشكل العرضي أكثر فأكثر.

٢. عملية التلدين بعد الدرفلة الساخنة: يشير إلى معالجة التلدين للمواد المعدنية بعد الدرفلة الساخنة لإزالة الإجهادات الداخلية فيها وتحسين قابليتها للتشكل ومتانتها. وتتمثل عمليتها الأساسية في ما يلي: الدرفلة الساخنة: تُعالَج المادة المعدنية عند درجة حرارة مرتفعة لتشويهها إلى الأبعاد والشكل المحددين مسبقًا. التنظيف الحمضي: تُزال الشوائب مثل الصدأ من سطح المعدن بعد الدرفلة الساخنة باستخدام عملية التنظيف الحمضي.

٣. الدرفلة النهائية: والغرض من الدرفلة النهائية هو ضبط سماكة وعرض اللفافة بحيث تتطابق مع الأبعاد المحددة، وإنتاج سطح وشكل أملسين عند درجة حرارة نهائية مناسبة لتلائم الغرض المقصود منها. وتُحسِّن أحدث معداتنا، ومن بينها درافل تحويل العمل، والدرافل ذات المحور المزدوج، ومكائن صقل الأسطوانات عبر الإنترنت (ORG)، إنتاجية المصنع وجودة اللفافات النهائية من خلال التحكم في شكل القوس العلوي (Crown Shape).

٤. طاولة الخروج وعملية اللف: تُمرَّر شرائط الفولاذ، بعد مرورها عبر مِدْحَة التصنيع النهائية، إلى طاولة الخروج حيث تُلفّ. وخلال لفّها على الطاولة، تُرشّ الشرائط بماءٍ لتبريدها إلى درجة الحرارة المناسبة لللفّ.

عملية إنتاج الفولاذ المدرفل على البارد

يتضمن تدفق عملية إنتاج صفائح الفولاذ المدرفلة على البارد: تلدين السبائك، والتخزين، وإزالة الصدأ، واللفّ، والتنقية الحمضية، والدرفلة على البارد، وتعديل سائل التنقية الحمضية، وقص شرائط الفولاذ، والتليين، والتغليف النهائي.

١. تُبرَّد لفات الفولاذ القادمة من مِدْحَة الشرائط المدرفلة على الساخن وتُخزَّن في مستودع لفات الفولاذ أمام وحدة التنقية الحمضية وفق النوع والمواصفات، ثم تُرسل لفات الفولاذ إلى ناقل لفات الفولاذ في قسم التغذية الخاص بوحدة التنقية الحمضية وفق الخطة المقررة.

٢. فك لفائف الصلب الشريطي، ثم لحامه، وإزالة القشور الميكانيكية منه، ونقعه في خزان التخليل ضمن الوحدة لإزالة طبقة أكسيد الحديد من سطح الصلب الشريطي، ثم شطفه. ويحتاج معظم الصلب الشريطي إلى أن يُدرَج ويُعالَج بشكل مستمر دون انقطاع، بينما لا يخضع الصلب الشريطي المُدرَج تقليديًّا لأي عملية تنقية أو تزييت بعد الإنجاز.

٣. عند درج صفائح الصلب الباردة دون انقطاع، تُخزَّن لفافة الصلب عبر جهاز التموج (Looper). أما عند اعتماد الدرج التقليدي، فتُفك لفافة الصلب على جهاز فك اللفائف في قسم التغذية، وتُمرَّر الصلب الشريطي تباعًا عبر كل إطار من أطراف الدرج. وبعد الانتهاء، يعيد جهاز لف اللفائف في قسم التفريغ لف الصلب مجددًا على هيئة لفائف، ثم يرسلها إلى وحدات مختلفة للمعالجة وفقًا لأنواع المنتجات المختلفة.

٤. التلدين والتسوية. ولأغلب الأغراض الشائعة، تُخضع صفائح الدرفلة الباردة المخصصة للسحب العميق والرسم الخاص للتلدين في فرن رأسي لتحسين الخصائص الميكانيكية للشريط. وعند تسوية صفائح الدرفلة الباردة، يمكن رش عامل تسوية للتسوية الرطبة، أو يمكن استخدام التسوية الجافة. وبشكل عام، تكون نسبة التسوية أقل من ٣٪. وبعد التسوية، تتحسَّن الخصائص الميكانيكية وجودة الشريط أكثر فأكثر. وتُفك بعض صفائح الدرفلة الباردة وتُلحَم في فرن تلدين مستمر، ثم تُخزَّن في جهاز تغذية حلقي (Looper)، ثم تُعالَج سطحيًّا وتُنظَّف، ثم تدخل الفرن الرأسي للتلدين بشكل مستمر. وبعد خروجها من فرن التلدين، تُسوَّى مرة أخرى، ثم تُقصّ بعد التمديد، وتُلفّ على هيئة لفات فولاذية وفق الوزن المحدَّد، وتُرسل إلى المستودع الوسيطي للتخزين عبر ناقل.

عملية التطبيع لفولاذ السليكون غير الموجَّه والموجَّه

الفولاذ السيليكوني هو مادة مغناطيسية لينة، وأكثر مواد المغناطيسية سبائك استخدامًا. ووفقًا لاتجاه ترتيب الحبيبات في المنتج، ينقسم إلى فولاذ سيليكوني مُوجَّه الحبيبات وفولاذ سيليكوني غير مُوجَّه الحبيبات. ويجب إخضاع الفولاذ السيليكوني غير المُوجَّه عالي الدرجة وعالي الكفاءة، والفولاذ السيليكوني المُوجَّه عالي الاستقراء المغناطيسي، لعملية التطبيع أثناء الإنتاج للوصول إلى البنية الحبيبية والخصائص المغناطيسية المطلوبة.

١. عملية إنتاج الفولاذ السيليكي غير الموجهة بطريقة التوحيد: ١. تُسخَّن شريحة الفولاذ إلى ١٠٠٠°م بعد قسم ما قبل التسخين الخالي من الأكسدة؛ ٢. تُستخدم أقسام أنابيب الإشعاع للتسخين، والتسخين/التبريد، والانتظار جميعها كأقسام انتظار لمعالجة التوحيد؛ ٣. يُستخدم قسم التسخين/التبريد رقم ٢ كقسم تبريد داخل الفرن لتبريد شريحة الفولاذ إلى ٨٥٠°م؛ ٤. تُستخدم أداة إزالة الهواء (Air Wiper)، وقسم التبريد بالضباب، وقسم الرش بالماء رقم ١ كأول قسم تبريد بطيء خارج الفرن لتبريد شريحة الفولاذ إلى أقل من ٧٥٠°م؛ ٥. يُستخدم قسم التبريد بالغلاف المائي كثاني قسم تبريد بطيء خارج الفرن لتبريد شريحة الفولاذ إلى أقل من ٦٠٠°م؛ ٦. يُستخدم قسم الرش بالماء رقم ٢ كقسم تبريد سريع لتبريد شريحة الفولاذ إلى أقل من ٨٠°م.

٢. عملية إنتاج الفولاذ السيليكوني المُوجَّه بالتطبيع: ١. يمر شريط الفولاذ عبر قسم التسخين المبدئي غير المؤكسد ويُسخَّن إلى ١١٠٠°م؛ ٢. يمر عبر قسم التسخين بأنابيب الإشعاع ويُسخَّن إلى ١١٢٠°م؛ ٣. يمر عبر قسم التسخين/التبريد رقم ١ ويُبرَّد إلى ٩٥٠°م؛ ٤. يستخدم كلٌّ من قسم التوحيد وقسم التسخين/التبريد رقم ٢ كأقسام توحيد لمعالجة التطبيع؛ ٥. يُبرَّد بسرعة إلى ٥٥٠°م في قسم التبريد بالضباب؛ ٦. وأخيرًا يُبرَّد إلى أقل من ٨٠°م في قسم الرش بالماء رقم ١.

٣. البحث في خفض الفقد الحديدي لفولاذ السيليكون المُوجَّه. وتشمل الإجراءات الرئيسية للحدِّ أكثر من الفقد الحديدي لفولاذ السيليكون المُوجَّه تحسين مجالات المغناطيسية (وهو ما يُظهر فعالية أكبر في خفض الفقد الحديدي لفولاذ الـ Hi-B والمنتجات ذات السماكة ≤٠٫٢٣ مم)، وزيادة محتوى السيليكون، وتقليل سماكة صفيحة الفولاذ، وتقليل حجم حبيبات التبلور الثانوي. وبما أن محتوى السيليكون في فولاذ السيليكون مرتفعٌ جدًّا، فإن ذلك قد يؤدي بسهولة إلى تدهور قابلية التشكيل البارد، ولذلك فإن مدى خفض الفقد الحديدي عن طريق زيادة محتوى السيليكون يكون محدودًا. وبالتالي، فإن الهدف الرئيسي من خفض الفقد الحديدي هو تحسين مجالات المغناطيسية وتقليل سماكة صفيحة الفولاذ.

٤. تتطلب درجة حرارة تسخين سبيكة الفولاذ أن تكون بين ١٣٦٠ و١٣٨٠°م (وهي درجة حرارة الذوبان الكامل لمادة كبريتيد المنغنيز MnS في حالة التوازن، والتي تبلغ ١٣٢٠°م).

تدفق عملية تصنيع صفيحة الفولاذ

وتشمل بشكل رئيسي الخطوات التالية:

١. عملية إنتاج الكوك: عملية التكليس هي عملية خلط فحم التكليس وسحقه ثم إدخاله إلى فرن التكليس، وبعد ذلك تقطيره لإنتاج الكوك الساخن وغاز أفران الكوك.

٢. عملية إنتاج الخردة المُلْبَّدة: تتمثل عملية الإلبدة في خلط خام الحديد المسحوق والمواد المذيبة المختلفة والفحم الناعم، ثم تكوين حبيبات من هذه المكونات، وبعدها إضافتها إلى آلة الإلبدة عبر نظام التوزيع. ويتم إشعال الفحم الناعم بواسطة فرن الإشعال، وتتم عملية الإلبدة عن طريق سحب الهواء عبر مروحة العادم. وبعد ذلك يُسحق خام الإلبدة عالي الحرارة، ويُبرَّد، ويُغربَل، ثم يُرسل إلى الفرن العالي كمادة خام رئيسية لصهر الحديد السائل.

٣. عملية إنتاج الفرن العالي: تتمثل عملية التشغيل في الفرن العالي في إدخال خام الحديد والكوك والمواد المذيبة من قمة الفرن العالي، ثم نفخ هواء ساخن عالي الحرارة من خلال فوهات النفخ الواقعة عند قاع الفرن لإنتاج غاز مختزل، والذي يقوم باختزال خام الحديد وإنتاج الحديد السائل والخبث.

٤. عملية إنتاج المحول: تُرسل مصهرة الصلب أولاً من مصنع الصلب إلى محطة المعالجة الأولية لإزالة الكبريت وإزالة الفوسفور. وبعد نفخ المحول، تُرسل إلى محطة المعالجة الانعكاسية الثانوية (مثل محطة إزالة الغاز بالفراغ RH، ومحطة النفخ في القمع باستخدام الحقن Ladle Injection، ومحطة إزالة الكربون بالنفخ بالأكسجين في فراغ VOD، ومحطة الخلط STN، وغيرها) لإجراء مختلف العمليات وفقاً لخصائص نوع الصلب المطلوب ومتطلبات جودته، ويتم ضبط تركيب المصهر الصلبي. وأخيراً، تُرسل إلى ماكينة الصب المستمر للسِّبائك الفولاذية الكبيرة والسبائك المسطحة لتُصبَّ على هيئة سبائك فولاذية ساخنة نصف مصنعة. وبعد الفحص، وجرش أو حرق العيوب السطحية، يمكن إرسالها مباشرةً إلى المرحلة التالية لتدحرجها إلى منتجات نهائية مثل شرائط الصلب، والقضبان السلكية، ولوحات الصلب، ولفائف الصلب، وألواح الصلب.

٥. عملية الإنتاج بالصب المستمر: عملية الصب المستمر هي عملية تحويل الفولاذ المنصهر إلى سبائك فولاذية. ويتم نقل الفولاذ المنصهر الذي جرى معالجته في المراحل السابقة إلى المنضدة الدوارة في قمع فولاذي، ثم يُقسَّم إلى عدة خيوط بواسطة موزِّع الفولاذ المنصهر، ويُحقن في قالبٍ ذي شكل معيَّن. ويبتدئ التبريد والتصلُّب ليتكوَّن ما يُسمى بالقالب المصبوب، والذي يتكون من غلاف صلب على السطح الخارجي وفولاذ منصهر في الداخل. وبعد ذلك يُسحب القالب المصبوب إلى قناة صب على شكل قوس ويستمر في التصلُّب بعد التبريد الثانوي حتى يتم تصلُّبه بالكامل. وبعدها يُستقيم، ثم يُقطَّع إلى كتل وفق الطول المطلوب في الطلب. أما الشكل المربّع فهو يمثل السبيكة الفولاذية الكبيرة، بينما الشكل اللوحي يمثل السبيكة الفولاذية المسطحة. ويُرسل هذا المنتج شبه المصنَّع إلى مصنع الدرفلة لإجراء عملية الدرفلة عليه بعد إجراء المعالجة السطحية اللازمة للسبيكة الفولاذية.

٦. عملية إنتاج السبائك الصغيرة: يتم إنتاج السبيكة الفولاذية الكبيرة بواسطة ماكينة الصب المستمر، ثم تُسخَّن وتُزال منها الصدأ، وتُحرَّق، وتُدرَّل بشكل خشن، ثم تُدرَّل بدقة، وأخيرًا تُقطَّع لإنتاج سبيكة فولاذية صغيرة مقطعها العرضي ١١٨ مم × ١١٨ مم. ويتم فحص ٦٠٪ من هذه السبائك الفولاذية الصغيرة وتجهيزها بالطحن لإزالة العيوب السطحية، ثم تُورَّد إلى مصانع القضبان والأسلاك لتدويرها إلى منتجات قضبان فولاذية، ولفائف أسلاك، وقضبان فولاذية مستقيمة.

٧. عملية إنتاج الفولاذ المدرفل على الساخن: الدرفلة على الساخن تعني أن المادة تحتاج إلى تسخينها أثناء أو قبل عملية الدرفلة. وبشكل عام، لا تتم الدرفلة إلا بعد تسخين المادة إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة إعادة التبلور. وخصائص منتجات الدرفلة على الساخن: تتمتَّع منتجات الدرفلة على الساخن بخواص ممتازة مثل القوة العالية، والمرونة الجيدة، وسهولة المعالجة والتشكيل، والقابلية الجيدة للحام، ولذلك تُستخدم على نطاق واسع في الصناعات التصنيعية مثل بناء السفن، والسيارات، والجسور، والمباني، والآلات، والأوعية الخاضعة للضغط.

٨. عملية إنتاج الأسلاك: عملية إنتاج مصنع الأسلاك تتمثل في تسخين السبيكة الصغيرة في فرن التسخين، ثم تمريرها عبر وحدة التدحرج الخشنة، ووحدة التدحرج المتوسطة، وآلة التدحرج النهائية، وآلة التشكيل والتصغير، ثم لفها بواسطة آلة اللف، وبعدها نقلها على حزام النقل المبرد وإرسالها إلى منطقة التشطيب لإتمام عملية التشطيب.

٩. عملية إنتاج صفائح الفولاذ: تستخدم عملية إنتاج صفائح الفولاذ السبائك المسطحة كمواد خام. وتُسخَّن هذه السبائك المسطحة في فرن التسخين إلى درجة حرارة ١٢٠٠°م، ثم تُدرَج، وتُبرَّد، وتُسوَّى، وتُقصُّ (باللهب) لتصبح منتجات نهائية. وهذه هي تدفُّق العملية الرئيسية في تصنيع صفائح الفولاذ. ويجب ملاحظة أن أنواع صفائح الفولاذ المختلفة قد تتطلب عمليات معالجة إضافية، مثل المعالجة السطحية أو المعالجة الحرارية وغيرها، لتلبية متطلبات الاستخدام المحددة.