کلمات کلیدی: امولسیون، امولسیفایر، دی امولسیفایر، نورد سرد، اصطکاک، روانکاری، فورس، خنک کاری

چکیده:

به‌منظور خنک‌کاری، روانکاری، کاهش اصطکاک، کاهش نیروی نورد، شستشوی ورق و غلتک حین فرآیند نورد سرد و افزایش کیفیت ورق در خط نورد سرد از مخلوط روغن در آب استفاده می‌گردد. با توجه به نحوه قرارگیری روغن در آب که به شکل غیرقابل‌حل بوده و دو مایع امتزاج‌ناپذیر می‌باشد به این مخلوط یا ترکیب امولسیون گفته می‌شود. برای اینکه عملیات نورد به‌خوبی صورت گیرد امولسیون باید از کیفیت مطلوبی برخوردار باشد. معمولاً در خطوط نورد سرد دمای امولسیون در محدوده 45 تا 55 درجه سانتی‌گراد حفظ می‌گردد و عملیات سیرکوله و تصفیه مداوم این ماده در کنار خط به‌صورت مرتب صورت می‌گیرد. امولسیون از طریق نازل‌های پاشش خاصی از محل‌های مناسب در قفسه نورد به سطح غلتک‌های نورد سرد و سطح ورق فولادی مورد عملیات نورد پاشیده شده و اضافات آن در خروجی ورق از قفسه نورد با مکانیزم‌های مختلف از سطح ورق جمع‌آوری و حذف می‌گردد.

 

نورد سرد فولادها یکی از روش‌های شکل دادن و تولید ورق‌های فولادی می‌باشد. فولاد پس‌ازاینکه در پروسه ریختگری به شمش و تختال تبدیل گردید در فرآیندهای مداوم، نیمه مداوم یا گسسته وارد خطوط نورد گرم شده و تحت نیروهای نورد گرم ضخامت آن کاهش و طول آن افزایش می‌یابد. ادامه فرآیند نازک کردن ورق تا ضخامت‌های پایین توسط فرآیند نورد سرد صورت می‌گیرد. هرچند که در تکنولوژی‌های جدید این ادعا وجود دارد که فولاد را با نورد گرم به ضخامت‌های حدود 0.5 میلی‌متر هم می‌رسانند؛ اما برای اینکه خواص سطحی فولاد و تلورانس‌های آن در محدوده قابل قبولی باشد عموماً برای نازک نمودن ورق بعد از فرآیند نورد گرم از خطوط نورد سرد با تکنولوژی‌های مختلف استفاده می‌شود.

در تمامی تکنولوژی‌های نورد سرد، ورق فولادی تحت تأثیر نیروهای فشاری و کششی قرارگرفته و ضمن کاهش ضخامت افزایش طول خواهد داشت.

حین فرآیند نورد گرم اجزاء مختلف فلزی با یکدیگر در تماس می‌باشند. تماس غلتک‌های نورد با یکدیگر، تماس غلتک‌ها با ورق. اعمال نیرو فشاری توسط غلتک‌ها، نیروی کششی و حرکت ورق و چرخش غلتک‌ها باعث تولید اصطکاک، حرارت و ایجاد سایش می‌گردد.

برای کنترل عوامل فوق عموماً در خطوط نورد سرد و حین فرآیند نورد سرد از سیالی به‌عنوان روانکاری استفاده می‌شود. این سیال باید مشخصه‌های مناسب و متناسبی با شرایط خط نورد سرد داشته باشد. وجود فیلمی از سیال بین غلتک‌ها و ورق منجر به کاهش اصطکاک ورق و کاهش نیروی عمودی نورد می‌گردد که باعث می‌شود عملیات نورد در شرایطی راحت‌تر صورت گیرد.

سیال مورداستفاده در خطوط نوردسرد ورق‌های فولادی از مخلوط آب و روغن حاصل شده و چون این ترکیب حالت کلوئیدی و امولسیونی دارد به آن امولسیون نورد گفته می‌شود. عموماً بین 2 تا 5 درصد روغن در آب ترکیب شده و طی یک سیکل بسته امولسیون در خط نورد سرد مورد استفاده و همچنین مورد تصفیه واقع قرار می‌گیرد.

برای نورد سایر فلزات از ترکیبات دیگری استفاده می‌شود. به‌عنوان مثال برای نورد آلومینیوم به‌ویژه در ضخامت‌های پایین از مشتقات نفتی موسوم به ایزوماکس استفاده می‌گردد؛ اما در فولادها انواع روغن‌های مختلف با برندهای مختلف پس از طی آزمون‌های خاص و گرفتن تأییدیه‌های لازم مورداستفاده قرار می‌گیرند.

در تهیه روغن نورد سرد و امولسیون، افزودنی‌های دیگری هرکدام به منظوری خاص به امولسیون اضافه می‌گردد. برخی افزودنی‌ها به‌منظور ممانعت از خوردگی تجهیزات، برخی به‌عنوان مواد تمیزکننده‌های سطح، برخی به‌عنوان مواد ضد سایش، برخی به‌عنوان امولسیفایر برخی به‌عنوان ضد کف و مواد مختلف به‌منظور بهبود خواص روغن متناسب با شرایط هر نورد به روغن اضافه می‌شود.

روغن و آب در شرایط عادی به‌خوبی در یکدیگر حل نمی‌شوند گاهی وجود امولسیفایرها در روغن باعث مخلوط شدن بهتر آب و روغن می‌شود. از طرفی گاهی لازم است روغن از آب جدا گردد در این شرایط دی امولسیفایرها باعث جداکردن روغن از آب خواهند شد.

امولسیون در خط نورد سرد به‌جز روانکاری مجموعه وظایف دیگری را نیز بر عهده دارد که در ذیل آمده است:

·       کاهش دمای ورق و غلتک

·       شستشوی غلتک‌ها و ورق و حذف آلودگی‌ها و ذرات آهن ناشی از سایش غلتک و ورق

·       جلوگیری از خوردگی ورق و مجموعه تجهیزات نورد

·       ممانعت از چسبیدن و جوش خوردن ورق به سطح غلتک‌ها

·       کاهش میزان سایش و مصرف غلتک‌های نورد

·       کاهش ضریب اصطکاک و کاهش فورس و نیروی عمودی نورد

·       صافی سطح مطلوب ورق

تنظیم پارامترهای امولسیون و حتی انتخاب نوع امولسیون بستگی زیادی به شرایط نورد دارد. شرایط زیر در تنظیم پارامترهای نورد و انتخاب روغن نورد و غلظت آن مؤثر می‌باشد:

·       سرعت حرکت غلتک‌ها و ورق و سرعت نورد سرد

·       ضخامت نهایی و کاهش ضخامت در هر مرحله

·       کیفیت سطحی موردنیاز از ورق

·       عملیات بعد از نورد سرد مثل عملیات گالوانیزه یا آنیل

·       سیستم فیلتراسیون، تصفیه و بازگردانی امولسیون به خط نورد سرد

·       جنس و آنالیز شیمیایی ورق

·       ماهیت نورد و نوع نورد

بر همین اساس سازندگان مختلف انواع روغن‌ها را در ساخت امولسیون برای نورد سرد بکار گرفته‌اند. برخی سازندگان از روغن‌های معدنی، برخی روغن‌های حیوانی، برخی گیاهی و برخی روغن‌های سینتتیک را بکار گرفته‌اند. اغلب تولیدکنندگان فرمولاسیون روغن را به نام خود ثبت کرده و بانام‌های تجاری اقدام به فروش روغن می‌نمایند.

به همراه فرمولاسیون این روغن‌ها افزودنی‌های خاص نیز هرکدام به‌منظور ارتقاء خواص مختلف به روغن اضافه می‌گردد.

بر اساس سایز ذرات روغن در برخی تولیدات سازندگان روغن با محلول‌های امولسیون حل شونده و در برخی تولیدات با محصولات پراکنده شونده مواجه هستیم. روانکاری و پایداری این روغن‌ها متفاوت می‌باشد و خواص مختلفی را حین نورد تز خود نشان می‌دهند. برخی روغن‌ها موجب آلودگی قفسه نورد و آلودگی تجهیزات خط شده اما برخی از روغن‌ها کل آلودگی‌های بخش قفسه را به سیستم تصفیه امولسیون هدایت نموده و باعث تمیزی استند نورد سرد می‌شوند. با توجه به قیمت روغن امولسیون نورد سرد و یا ترکیبات پراکنده شونده یا dispertance ترجیح به بازیابی و استفاده مجدد از روغن می‌باشد. باوجود فیلتراسیون و تصفیه روغن بخشی از روغن مصرف‌شده و لازم است در تانک‌های تهیه امولسیون یا روانکار خط نورد سرد جایگزین گردد.

دمای استفاده از روغن در محدوده 45 تا 55 درجه سانتی‌گراد بوده که با هیتر الکتریکی یا با سیستم کویل بخار و آب گرم محلول امولسیون گرم می‌گردد.

از محلول گرم آب و روغن در شروع عملیات نورد سرد نیز برای هم‌دمایی تجهیزات استفاده می‌گردد به شکلی که بدون وجود کلاف و عملیات نورد ورق دقایقی با پاشش این محلول با دمای حدود 45 درجه استند و تجهیزات مربوطه هم‌دما و گرم می‌گردد.

پاشش امولسیون در خط نورد سرد از نواحی مختلف طراحی شده و توسط نازل‌های مخصوصی صورت می‌گیرد. زاویه پاشش و همپوشانی نازل‌ها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار می‌باشد.

معمولاً پاشش روانکار در نورد سرد از محل روی غلتک پشتیبان بالا، حدفاصل غلتک پشتیبان با غلتک کاری یا غلتک میانی، بین ورق و غلتک صورت می‌گیرد.

حین عملیات نورد سرد روانکار پشت غلتک‌ها پاشیده می‌شود و با فشار غلتک بر سطح ورق از عبور آن به‌طرف دیگر تا حدودی جلوگیری می‌شود. روانکار رد شده همراه با ورق توسط دمش هوا و یا با سایر مکانیزم‌های دیگر به استند بازگشته و اجازه عبور همراه با ورق و رفتن به لای لایه‌های پیچیده شده کلاف را ندارد. چنانچه امولسیون اضافی وارد کلاف گردد باگذشت زمان اثرات امولسیون و سیاهی سطح بر روی ورق ظاهر می‌گردد.

یکی از وظایف بسیار مهم امولسیون کنترل صافی سطح ورق می‌باشد. پاشش یکنواخت امولسیون بر سطح ورق و غلتک باعث ایجاد سطح یکنواختی در سطح ورق تولیدی خواهد شد اما اگر نازلی گرفته باشد و محلی از غلتک به‌خوبی خنک کاری نشود تا جایی که دمای آن افزایش یابد در آن محل شاهد موج‌های میانی بر سطح ورق خواهیم بود که به‌واسطه انبساط حرارتی بر سطح ورق ایجاد می‌گردد. تنظیم میزان پاشش و کنترل پاشش روانکار نورد همراه با آب می‌تواند موج‌های میانی در سطح ورق را کاهش داده و حذف نماید.

آزمون‌های مختلفی برای کنترل خواص امولسیون و اطمینان از صحت عملکرد آن در طول خط نورد سرد در آزمایشگاه جانبی نورد سرد روی امولسیون صورت می‌گیرد. مهم‌ترین این آزمون‌ها:

·       اندازه‌گیری غلظت امولسیون

·       میزان کلراید آن که معمولاً از ورق آغشته به یون کلر در خط اسیدشویی این مقدار افزایش می‌یابد

·       پی اچ امولسیون pH

·       ذرات آهن آن که ناشی از سایش غلتک و ورق می‌باشد

·       میزان خاکستر آن

·       عدد اسیدی

·       عدد صابونی

·       کنداکتیویته

·       کدورت

نتایج هرکدام از این آزمون‌ها حتی می‌تواند رفتار نورد را نیز توجیه نماید همچنین این نتایج وضعیت امولسیون یا روانکار نورد را تشریح می‌نماید.

در مواردی که نتایج مطلوب نباشد و خارج از محدوده‌های بحرانی باشد حتی لازم است بخشی یا تمام امولسیون تخلیه و جایگزین گردد. در مواردی با افزودن روغن یا افزودن آب و حتی در مواردی خاص افزودن مواد شیمیایی خاص می‌توان پارامترهای روغن را تنظیم نمود.

کمی یا زیادی مقادیر موزد آزمایش باعث بروز رفتارهای مختلفی در نورد گردیده که آگاهی از آن‌ها می‌تواند به فرآیند بهینه در نورد سرد کمک نماید.

برخی مقادیر توسط سازنده روغن توصیه گردیده و لازم است در محدوده تعیین‌شده کنترل گردد.

گاهی روغن‌های نورد سرد توسط باکتری‌های محیطی مصرف‌شده و موردحمله باکتری‌ها واقع می‌گردند. در این شرایط بوی بسیار نامطبوعی در امولسیون ایجاد می‌گردد.

شناخت کامل خواص روغن و رفتار آن و اثرات متقابل روغن در نورد و بالعکس اثرات عوامل موجود در نورد بر روغن باعث اتخاذ تصمیمات درست حین فرآیند نورد سرد می‌گردد.

شرکت فولاد تجهیز آران ضمن ارائه آموزش‌های لازم در رابطه با شرایط نورد سرد و شرایط بهینه برای امولسیون و یا روانکارهای دیگر در خط نورد سرد آمادگی معرفی بهترین گزینه‌ها برای تأمین روغن نورد سرد را نیز دارد.

کارشناسان این شرکت با سابقه حضور فعال در صنعت نورد سرد، تجارب بسیار ارزنده‌ای در این زمینه داشته که می‌توانند در اختیار علاقه‌مندان این حوزه قرار دهند.