وبلاگ

صنعت فولاد سازی و ساخت قطعات فلزی از جمله صنایعی است که روغن‌ کاری گسترده ‌ای دارد. اسید شویی و روغن کاری فلزات یکی از مراحل در صنعت فولاد سازی است و ما در این مقاله به بررسی مفهوم آن، روش ‌های اسید شویی فلزات و علت انجام این عملیات، زمان مناسب برای انجام آن و نیز فلزاتی که نیاز به این کار دارند می پردازیم. در واحد اسیدشویی مجتمع فولاد مبارکه بعد از آن که فولاد از نورد گرم خارج می شود سطح آن در معرض اکسیژن هوا قرار می گیرد و سطح فولاد اکسید می شود. برای برطرف کردن اکسید، ورقه های فولاد با اسید شستشو داده می شوند. اسیدشویی در اصل برطرف کردن اکسید با غوطه ور کردن ورقه های فولادی در اسید می باشد. بعد از اسیدشویی صفحات فولادی، برای پاکسازی باقی مانده ناخالصی های روی ورق اسیدشویی با آب خالص شستشو داده می شوند. در این واحد ، آب خالص بسیار زیادی برای شستشوی ورق اسیدشویی مصرف می شود.

مشاهده نسخه pdf مقاله : ورق اسیدشویی چیست ؟

دستورالعمل استاندارد فرآیند اسید شویی

اسیدشویی یکی از متداول ترین فرآیندهای صنعتی است. این فرایند در کارهای آبکاری کوچک، کارخانه های اتومبیل سازی، کارخانه های تولید فولاد و هر کارخانه ای که کار آن شامل استفاده از یک پوشش برای فلزی پایه باشد دیده می شود. اسیدشویی فرآیندی است که از طریق آن اکسیدها و جرم های یک سطح فلزی به طریق شیمیایی و با غوطه وری ساختن آن در یک اسید معدنی رقیق که معمولا اسید سولفوریک و یا هیدروکلریک است ، برطرف می شود.

در واقع اسید شویی فلزات به روندی گفته می‌ شود که طی آن، تمام آلودگی‌ ها، پوسته ‌های اسیدی و زنگ ‌زدگی ‌ها که روی سطح فلزات تولید شده قرار دارد، طی عملیاتی با استفاده از مایعی اسیدی که به نام “مایع اسید شویی” معروف است، زدوده می‌ شود و فلز برای استفاده در مراحل بعدی کاملاً تمیز می‌ گردد. اسیدی که برای اسید شویی فلزات مورد استفاده قرار می گیرد معمولاً هیدروکلریک اسید است. فلزات با مقاومت بالا را با اسیدهای قوی‌ تر و در دو مرحله اسید شویی می ‌کنند.

در واقع میتوان فرآیند اسید شویی فلزات را به ‌صورت زیر نوشت:

فلز + اسید = نمک فلز+ هیدروژن (پروتون)
اکسید فلز+ اسید = نمک فلز +آب

دلایل اسید شویی ورق

وقتی‌ که عملیات مختلف بر روی فلزاتی مانند فلز مس یا فولاد و غیره انجام می ‌شود، بسیار رایج است که یک ‌لایه آلودگی سطحی روی فلز مورد نظر را بپوشاند. در اکثر مواقع این لایهیک لایه پوسته  اسیدی است. در بسیاری از مواقع در صنایع مختلف، فلزات باید در حالتی مورد استفاده قرار بگیرند که کاملاً تمیز و بدون ذره‌ ای آلودگی باشند. در این مواقع پس از تولید، از فرآیندهای اسید شویی و روغن کاری فلزات استفاده می ‌شود. بنابراین به دلایل زیر اسیدشویی بر روی ورق های تولیدی از نورد گرم می بایست انجام پذیرد:

1 – به دلیل جدا شدن لایه های اکسید از سطح، ورق اسیدشویی دارای ظاهری بهتر و سطحی با کیفیت مرغوب تر خواهد شد.

2 – پوسته های اکسیدی روی سطح ورق اسیدشویی سخت و ضد سایش می باشند. بنابراین در صورتی که ورق ها بدون اسیدشویی وارد مرحله نورد سرد شوند موجب افزایش استهلاک غلتک های نورد می گردند. از این رو ورق می بایست پیش از ورود به مرحله نورد سرد تحت عملیات اسیدشویی قرار گیرد.

اگرچه فرایندهای گوناگون اسیدشویی نام های مختلفی دارند اما می توان آن ها را به سه نوع کلی تقسیم بندی کرد

• اسیدشویی ساکن

اسیدشویی ساکن یا خمره ای، اکثرا در صنعت آبکاری به کار می رود، در حالی که اسیدشویی دسته ای و پیوسته معمولا مربوط به صنایع تولیدی بزرگ می باشد. در اسیدشویی ساکن، ورق اسیدشویی در محلول اسید غوطه ور می شود و معمولا ساکن باقی می ماند، در حالی که محلول در حال حرکت است.

• اسیدشویی دسته ای

در اسیدشویی دسته ای چندین قطعه از یک محصول در محلول اسید غوطه ور می شوند و این قطعات معمولا در حال حرکت هستند.

• اسیدشویی پیوسته

در اسیدشویی پیوسته ، محصول معمولا نوار فولادی است که پیچیده نشده است و در یک جهت افقی یا عمودی از میان مخازن اسید و شستشوی آب یا اسپری ها عبور می کند.

تاریخچه استفاده از اسید در فرایند اسید شویی

اسیدشویی تقریبا تا این اواخر از نظر فنی تغییر چندانی نکرده بود، هر چند در حالی که قبلا تنها تقریبا از اسیدشویی با اسید سولفوریک استفاده می شد، اینک تمایلی وجود دارد که در خطوط اسیدشویی پیوسته از اسیدشویی با اسید کلریدریک استفاده شود و باید توجه بیشتری به مشکلات تخلیه پساب اسیدشویی یا بازیابی اسید مبذول گردد.

نوع عملیات اسیدشویی عمدتا بستگی به محصولی دارد که قرار است تمیز شود، معمولا در اسیدشویی از اسیدهایی مانند اسید سولفوریک، هیدروکلریک ، فسفریک، هیدروفلوریک و نیتریک به تنهایی یا به صورت ترکیب های گوناگون استفاده می کردند. تاکنون برای اسیدشویی آلیاژهای فولادی کربن دار، اسید سولفوریک بیشترین استفاده را داشته است همراه با اسید هیدروکلریک که در رده پس از آن به میزان روز افزونی بیشتر مورد استفاده می باشد.

یکی از کاربردهای بسیار زیاد هیدروکلریدریک اسید تولیدی در سطح جهان، در صنایع فولادسازی است. مثلا در کشور کانادا بیش از 26 درصد از کل هیدروکلریدریک اسید تولیدی به مصرف واحد اسیدشویی می رسد. یعنی از 113 تن هیدروکلریدریک اسید تولیدی در حدود 30 تن در صنعت اسیدشویی آهن و فولاد مصرف می شود.

انواع روش ‌های اسید شویی فلزات

فرآیند اسید شویی فلزات را می ‌توان با روش ‌های گوناگونی انجام داد که مهم‌ ترین و رایج‌ ترین آن‌ ها عبارتند از:

• اسید شویی فلزات با استفاده از حوضچه ‌ها و حمام اسید

روش استفاده از حوضچه ‌ها و حمام اسید را در واقع روش غوطه ‌ورسازی می ‌نامند. در این فرآیند، قطعات فلزی را در حوضچه ‌های مخصوص برای مدت‌ زمان معین در مایع اسیدی غوطه‌ ور‌ می کنند و عملیات زدودن آلودگی‌ ها از زمان غوطه ‌ورسازی شروع می ‌شود. بعد از اتمام زمان معین، فلزات را به حوضچه‌ های دیگری برای شستشو با آب خالص منتقل می ‌گردد. شستن فلزات با آب خالص باعث از بین رفتن اسیدهای باقی ‌مانده روی فلز و همچنین برخی از آلودگی ‌هایی می ‌شود که همچنان روی سطح فلز وجود دارند. باید در انجام فرآیند اسید شویی فلزات، به مدت ‌زمان غوطه ‌ورسازی در اسید دقت شود. اگر از مایع اسیدی مناسب و به میزان مناسب برای عملیات اسید شویی استفاده شود، قطعاً بیشترین بازدهی را با کمترین میزان خوردگی فلز با اسید خواهیم داشت.

• اسید شویی فلزات با اسپری کردن اسید

در این روش، مایع اسیدی را بر روی سطح فلز مورد نظر اسپری می ‌کنند و پس از گذشتن مدت ‌زمان معین و زدوده شدن تمام آلودگی ‌ها، سطح فلز با آب شستشو داده می ‌شود.

• اسید شویی فلزات با استفاده از قلم ‌مو

در این روش نیز مانند روش بالا مایع اسیدی را با استفاده از قلم‌ مو بر روی سطح فلز مورد نظر اعمال می ‌کنند و مدت ‌زمان مشخصی صبر می ‌کنند تا تمام آلودگی ‌ها از بین بروند، سپس سطح فلز با آب شستشو داده می ‌شود. البته این نکته لازم به ذکر است که از این دو روش اخیر برای فلزاتی استفاده می ‌کنند که به صورت موضعی نیاز است که از آلودگی پاک شوند و در واقع برای پروژه‌ های عظیم صنعتی کاربرد ندارد.

سرعت انجام عملیات اسید شویی فلزات به فاکتورهای زیر بستگی دارد:

• نوع اکسید موجود روی فلز
• میزان چسبندگی اکسید بر روی فلز
• ضخامت لایه اکسید شده از فلز
• نوع محلول اسیدی مورد استفاده
• دما و غلظت محلول اسیدی مورد استفاده
• مدت ‌زمان قرارگیری قطعه فلزی در محلول اسیدی
• سرعت چرخش محلول اسیدی در حوضچه مخصوص

شرح فرایند اسید شویی

در واحد اسیدشویی مجتمع فولاد مبارکه، ورق اسیدشویی پس از آنکه از حوضچه های اسیدشویی خارج می گردند، برای پاکسازی باقی مانده مواد اسیدی، رسوبات و ناخالصی ها، با آب خالص شستشو داده می شوند. برای این کار ورق اسیدشویی پس از خروج از حوضچه های اسیدشویی، وارد حوضچه های شستشو با آب می شوند. همه حوضچه ها به هم مرتبط اند ، بدین صورت که آب شستشوی ورقه های فولادی از حوضچه اول سرریز شده و وارد حوضچه بعدی تا حوضچه پنجم می گردد.

جهت حرکت ورق اسیدشویی با جهت حرکت آب شستشو عکس همدیگر باشند، بدین صورت که ورق ابتدا وارد حوضچه پنجم می شود و رفته رفته با آب شستشوی تازه تری تماس پیدا می کند که در حوضچه اول فقط با آب خالص شستشو داده می شود. حوضچه ها به صورت شیب دار ساخته شده اند که آب خالص ابتدا وارد حوضچه اول شده و چون به صورت شیب دار هستند سرریز کرده و در نهایت وارد حوضچه پنجم می شود.

روغن کاری فلزات

بعد از انجام عملیات اسید شویی، نوبت به مرحله روغن کاری فلزات میرسد. در واقع عملیات روغن کاری فلزات برای این منظور انجام می ‌شود که پس از عملیات اسید شویی، فلزات و مخصوصاً فولاد، به محض قرار گرفتن در معرض هوا، گرایش خیلی زیادی به اکسید شدن و خوردگی دارند و در واقع عملیات روغن کاری فلزات، فلز را از این فرآیند محافظت می ‌کند.

با روغن کاری فلزات و مخصوصاً فلز فولاد، این امکان به وجود می ‌آید که با محافظت فولاد در برابر اثر تخریبی ترکیب با اکسیژن و اکسیداسیون، بتوان آن را به ‌راحتی برای مدت‌ های زیادی انبار کرد. باید به این نکته توجه شود که وقتی می ‌خواهند فلز روغن ‌کاری شده را برای استفاده در صنایع مختلف مخصوصاً صنعت ساخت‌ و ساز استفاده کنند، باید لایه روغنی موجود روی سطح فلز را پاک کنند ولی این عملیات پاک کردن لایه روغنی باید درست قبل از استفاده از فلز باشد تا فلز دیگر زمانی برای اکسیده و خورده شدن نداشته باشد.

چرا عملیات اسید شویی و روغن کاری فلزات را انجام می ‌دهند؟

همان ‌طور که گفته شد مراحل اسید شویی فلزات به این دلیل انجام می ‌شود که تمام آلودگی ‌های احتمالی موجود روی سطح فلز از روی سطح آن پاک شود. در صورت عدم انجام عملیات اسید شویی فلزات، این آلودگی ‌ها مانع از انجام باکیفیت عملیات بعدی روی فلز می ‌شود. مثلاً وقتی فلزی اسید شویی نشده باشد، عملیات جوشکاری روی آن به‌ خوبی انجام نمی ‌شود و تأثیر جوش را به ‌شدت کاهش می ‌دهد. یا مثلاً اگر روی سطح فلزی که عملیات اسید شویی فلزات روی آن انجام نگرفته است را بخواهند رنگ بزنند، این آلودگی ‌ها مانع چسبندگی کافی رنگ بر روی سطح فلز می‌شود و رنگ لایه ‌لایه می ‌گردد.

یکی دیگر از دلایل استفاده از روش اسید شویی فلزات نیز آماده ‌سازی قطعه فلزی برای قرار گرفتن تحت عملیات نورد سرد است. پس از نورد گرم، سطح فلز دچار آلودگی می ‌شود و وجود این آلودگی ‌ها، اگر زدوده نشوند، فرآیند نورد سرد را دچار اختلال می‌ کند. به این صورت که موجب آسیب رساندن به غلتک‌ های نورد سرد و کاهش کارایی آن ‌ها و در نهایت کاهش کیفیت قطعه فلزی پس از نورد سرد می ‌شود. در مورد روغن کاری فلزات نیز همان ‌طور که اشاره شد، چون از زمان ساخت یک قطعه فلزی و فولادی تا زمان استفاده از آن فلز در صنایع مختلف، زمان زیادی لازم است و این قطعات فلزی باید در انبار نگهداری شوند، عملیات روغن کاری فلزات را انجام می ‌دهند تا کمترین میزان اکسید شدن و پوسیدگی در درون فلز انجام شود و برای استفاده در آینده مناسب باقی بماند.

زمان مناسب برای انجام عملیات اسید شویی و روغن کاری فلزات

عملیات اسید شویی و روغن کاری فلزات را معمولاً در آخرین مرحله از عملیات روی فلزات انجام می ‌دهند. زیرا اگر مراحل دیگری بعد از این عملیات انجام شود، احتمال این وجود دارد که دوباره تجهیزات مختلف مانند غلتک‌ ها و غیره آلودگی را بر روی سطح فلز منتقل کنند. در این مورد یک استثنا وجود دارد و آن وقتی است که بنابر شرایط مورد نظر و پس از قرارگیری تحت عملیات نورد گرم، نیاز باشد که فلز عملیات نورد سرد را نیز تحمل کند. در این شرایط، لازم و ضروری است که نورد سرد روی فلزی انجام شود که تمام آلودگی‌ های آن توسط فرآیندهای اسید شویی و روغن کاری فلزات از بین رفته باشد.

فلزات مختلفی نیاز به اسید شویی و روغن‌ کاری دارند که برخی از آن‌ ها عبارتند از:

• آلیاژهای برنج، برنز و مس
• گاهی اوقات آلیاژهای آلومینیوم برای مصارف خاصی نیاز به اسید شویی و روغن ‌کاری دارند.
• اکثر آلیاژهای فولاد، مخصوصاً فولاد ضد زنگ برای این ‌که کارایی بهتری داشته باشند به عملیات اسید شویی و روغن‌کاری نیاز دارند ولی باید دقت شود که هر چه میزان عناصر آلیاژی در فولاد بالاتر باشد، نیاز به استفاده از اسید قوی ‌تری است.

به طور کلی مراحل نورد به صورت زیر می باشد:

• ریخته گری پیوسته شمش

در اولین مرحله نورد با استفاده از روش ریخته گری پیوسته تختال هایی به طول 4.5 تا 10 متر و ضخامت 20 سانتی متر تولید می گردند. پس از ریخته گری تختال به واحد خنک کننده منتقل می گردد تا دمای آن به دمای محیط نزدیک شود.

• نورد گرم

هدف از نورد گرم تولید ورق با ابعاد معین، شکل دلخواه، خواص مطلوب و صافی سطح مورد نیاز از یک تختال با ابعاد مشخص می باشد. دلیل اصلی استفاده از نورد گرم مقاومت کم فولاد در مقابل تغییر شکل در درجه حرارت بالاست. فولاد کم کربن در دمای بالاتر از 890 درجه سانتی گراد در فاز آستنیت قرار دارد. در صورتی که تمامی تغییرات در فاز آستنیت انجام شود می توان گفت که فرایند نورد به صورت همگن خواهد بود. با توجه به اینکه دمای خروجی تختال از کوره پیش گرمکن به تلفات حرارتی حین عملیات نورد وابسته است، بنابراین تختال می بایست در کوره به دمایی برسد تا با دمایی بیش از 890 درجه سانتی گراد از آخرین مرحله نورد نهایی خارج شود.

• کوره پیش گرم

در کوره پیش گرم تختال با نرخ معین حرارت داده می شود تا به دمای مورد نیاز در نورد گرم برسد. در طول این مدت برای جلوگیری از ناهمگونی در تغییر شکل توزیع دما در تمامی نقاط تختال می بایست به گونه ای یکنواخت باشد. بدین منظور از کوره های هم دماساز استفاده می شود تا دمای تختال در هنگام خروج از کوره به گونه ای یکنواخت در آید. این دما به ابعاد تختال، شرایط نورد، نوع فولاد، تعداد مراحل نورد، دمای ورق در مرحله پایانی و عوامل دیگر بستگی دارد. این دما برای فولاد کم کربن در حدود 1300 درجه سانتی گراد می باشد.

نکته مهم در طی این مرحله مدت زمان نگهداری تختال در کوره پیش گرمکن می باشد زیرا طولانی شدن این زمان علاوه بر اتلاف انرژی باعث خوردگی بیش از اندازه تختال و حتی سوزاندن کربن موجود در فولاد می گردد. تختال پس از خروج از کوره پیش گرمکن پوسته زدایی می گردد تا قابلیت ورود به مراحل بعدی نورد را داشته باشد.

• نورد مقدماتی یا خشن

به منظور تولید ورق لازم است تا در ابتدا ضخامت تختال ریخته گری شده در طی 2 تا 3 مرحله نورد مقدماتی کاهش یابد. ضخامت تختال در این مرحله از 250 الی 350 میلی متر به 25 الی 35 میلی متر کاهش می یابد. این عملیات عموما توسط قفسه های رفت و برگشتی یونیورسال انجام می گیرد. پس از خروج تختال از مرحله نورد مقدماتی تختال مجددا پوسته زدایی می گردد. دما در این مرحله تا حدود 1100 درجه سانتی گراد کاهش می یابد.

• میز انتقال

در کارخانه نورد گرم با آرایش همزمان برای هماهنگی و جلوگیری از برخورد تختال های عبوری، از یک میز انتقال در فاصله میان مراحل نورد مقدماتی و نهایی استفاده می شود. استفاده از این میز باعث هماهنگ شدن سرعت بالای تختال در هنگام نورد مقدماتی و سرعت پایین آن در مرحله قیچی و اولین مرحله نورد نهایی می شود.

با توجه به طول زیاد میز انتقال اتلاف حرارت قابل توجهی از سطح تختال صورت می گیرد که باعث ناهمگونی دما در تختال و در نتیجه کاهش مرغوبیت فولاد تولیدی، افزایش استهلاک قطعات، افزایش هزینه سوخت، کاهش راندمان کارخانه و افزایش آلودگی محیط زیست می گردد. با توجه به این مساله اتلاف حرارت در چند دهه اخیر مورد توجه محققان قرار گرفته است. آن ها روش های مختلف را برای کاهش اتلاف انرژی در فاصله نورد مقدماتی و نهایی به کار گرفته اند.

تختال پس از عبور از میز انتقال وارد مرحله نورد نهایی می شود.

• نورد نهایی

تختال عبوری از میز انتقال به منظور تولید ورق به سمت قفسه های نورد نهایی فرستاده می شود. معمولا این خط از 6 تا 7 قفسه تشکیل شده است که در آن ضخامت ورق به 1.8 تا 3 میلی متر کاهش می یابد. دمای ورق در خروج از نورد نهایی تا حدود 900 درجه سانتی گراد کاهش می یابد.

پس از اتمام عملیات نورد نهایی ورق به واحد خنک کاری وارد می گردد. عملیات خنک کاری به این دلیل بر روی ورق انجام می گیرد تا در هنگام کلاف پیچی لایه های ورق به یکدیگر جوش نخورند. کم کردن دمای ورق با پاشیدن جریان آب در قسمت سردکننده انجام می گیرد تا درجه حرارت ورق به 650 درجه سانتی گراد کاهش یابد. در این دما ورق توسط دستگاه کلاف پیچ به صورت کلاف های استوانه ای در می آید.

کلاف ها توسط سیستم حمل کلاف به انبار منتقل و تا رسیدن به دمای محیط در آن نگهداری می شوند.

پس از آن کلاف ها به واحد تکمیل نورد گرم یا نورد سرد تحویل می گردند.

مرحله بعد تولید ورق اسیدشویی می باشد که به طور مفصل در بالا ذکر گردید

• نورد سرد

به دلیل کاهش بیشتر ضخامت و دستیابی به خواص مکانیکی بهینه، ورق های تولید شده در واحد نورد گرم پس از اسیدشویی تحت عملیات نورد سرد قرار می گیرند. نورد سرد متوالی مرسوم به تاندم به صورت 4 تا 6 قفسه ای و اخیرا به صورت رفت و برگشتی 2 تا 3 قفسه ای انجام می گیرد. در فرایند نورد سرد ضخامت ورق بین 25 تا 90 درصد کاهش می یابد. ورق های تولید شده با ضخامت های گوناگون 0.1 تا 6 میلی متر به شکل کلاف یا ورق تهیه می شوند.

• عملیات حرارتی

ساختار نهایی فولاد در ویژگی های فیزیکی و مکانیکی آن ها تاثیر به سزایی دارد. بنابراین برای دستیابی به خواص مکانیکی بهینه و آرایش یکنواخت ورق، کلاف تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد. کلاف ها به صورت دو یا سه تایی روی یکدیگر قرار گرفته و یک پوسته استوانه ای شکل روی آن ها قرار می گیرد. سپس کلاف ها تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند. پس از حرارت دهی کلاف ها به آرامی سرد می گردند.

• نورد پوسته ای

هدف از نورد پوسته ای ایجاد کار اندک در ورق می باشد تا در آن چقرمگی و مقاومت مکانیکی افزایش یابد. در این مرحله تغییر شکل پلاستیک بسیار کمی بر ورق اعمال می گردد. این موضوع به همراه کنترل دقیق ضخامت موجب می شود تا صافی سطح ورق افزایش یابد و ناصافی ایجاد شده در ورق در طی مراحل قبل به حداقل ممکن برسد.

جمع‌ بندی

فرآیندهای اسید شویی و روغن کاری فلزات، از جمله فرآیندهای لازم و حیاتی در صنعت مرتبط با ساخت قطعات فلزی است. همه می‌ دانند که فلزات به‌ سرعت با اکسیژن هوا واکنش داده و تولید اکسید می ‌کنند. این اکسید باعث خوردگی و پوسیدگی فلزات می ‌شود که عملیات اسید شویی و روغن کاری فلزات به‌ منظور حفظ فلزات از این عامل صورت می ‌گیرد. از ورق ‌هایی که تحت این عملیات قرار گرفته ‌اند می ‌توان در تولید گاردریل، ستون ‌های سبک، مخازن، قطعات به‌ کار رفته در عملیات ساختمانی، لوله‌ کشی و غیره استفاده کرد.

نوشته ورق اسید شویی چیست و انجام آن چه استانداردهایی دارد؟ اولین بار در مرکزآهن. پدیدار شد.