خط إنتاج القضبان

مقدمة عن خط إنتاج القضبان

يُعد خط إنتاج البليت جزءًا أساسيًا من عملية صناعة الصلب. البليت عبارة عن مقاطع فولاذية شبه مصقولة، صلبة، مربعة أو مستطيلة، وتُستخدم كمادة خام لمجموعة واسعة من منتجات الصلب المصقولة، مثل حديد التسليح، وقضبان الأسلاك، والأشكال الإنشائية، والأنابيب غير الملحومة.

الطريقة الأساسية لإنتاج البليت في مصانع الصلب الحديثة هي الصب المستمر، على الرغم من وجود طرق قديمة مثل صب السبائك والدرفلة. سنركز على طريقة الصب المستمر لأنها الأكثر شيوعًا وفعالية.

يُعد خط إنتاج آلة الصب المستمر (CCM) المُعدة الرئيسية التي تُجري باستمرار صب الفولاذ المنصهر من أفران صناعة الصلب إلى بليتات فولاذية (مثل الألواح، والبليتات المربعة، والبليتات المستديرة، والبليتات المُشكَّلة، إلخ). وهو بمثابة حلقة وصل أساسية تربط بين صناعة الصلب والدرفلة في إنتاج الحديد والصلب. باستخدام تقنية "التشكيل بالتصلب المستمر"، يحل هذا الخط محل عملية "الدرفلة الأولية للسبائك" التقليدية. بفضل مزاياها مثل كفاءة الإنتاج العالية، وانخفاض استهلاك الطاقة، وارتفاع إنتاج المعدن، وجودة المنتج المستقرة، فهي تعد واحدة من القطع المميزة للمعدات في تصنيع الصلب الحديث.

I. المكونات الأساسية لآلات الصب المستمر

تتكون آلات الصب المستمر من عدة أنظمة فرعية تعمل بتناسق. وتشمل المكونات الأساسية ما يلي:

1. نظام استقبال ونقل الفولاذ المنصهر

المغرفة: تحمل الفولاذ المنصهر المنقول من أفران صناعة الفولاذ (المحولات، الأفران الكهربائية، إلخ). تتميز بهيكل فولاذي مبطن بمواد حرارية، مع فوهة سفلية منزلقة للتحكم في تدفق الفولاذ المنصهر. تتوافق السعة مع طاقة إنتاج صناعة الفولاذ (مثل 100 طن، 200 طن، 300 طن).

قرص المغرفة الدوار: يدعم المغرفة ويتيح دورانًا بزاوية 180 درجة، ناقلًا الفولاذ المنصهر من وضعية التثبيت إلى وضعية الصب (فوق الطبق) لضمان استمرارية سلسة أثناء الصب المستمر من أفران متعددة.

2. نظام تونديش

المغرفة: وعاء حراري يوضع بين المغرفة الفولاذية والقالب، ويعمل كعازل ومنقي. تشمل وظائفه:

تثبيت تدفق الفولاذ المصهور للحد من التقلبات الناتجة عن الصب المباشر بالمغرفة؛

توزيع الفولاذ المصهور لآلات الصب المستمر متعدد التدفقات (مثل صب الكتل المربعة متعدد التدفقات)؛

تعزيز تعويم الشوائب في الفولاذ المصهور (عن طريق توسيع قنوات التدفق وإطالة زمن البقاء) لتنقية الفولاذ.

صنبور المغرفة التونديش وجهاز التحكم في التدفق: مزود بصنبور سفلي (متصل بفوهة تونديش)، وينظم تدفق الفولاذ المصهور إلى القالب عبر قضيب سدادة أو صنبور منزلق. تؤثر دقته بشكل مباشر على جودة الكتل.

3. نظام التبلور (قلب آلة الصب المستمر)

جهاز التبلور: هو الجهاز الرئيسي للتصلب الأولي وتشكيل الفولاذ المصهور. يتطابق شكل تجويفه الداخلي مع المقطع العرضي للسبائك (مثلاً: مستطيل للسبائك المربعة، مسطح للسبائك البلاطية، دائري للسبائك المستديرة).

المكون الأساسي: أنبوب نحاسي (مصنوع من النحاس الأرجواني عالي النقاء أو نحاس الكروم والزركونيوم). جداره الداخلي أملس، بينما يتميز جداره الخارجي بقنوات مياه التبريد. يُصلب سطح الفولاذ المصهور بسرعة نتيجة التبريد القسري عبر دوران الماء، مما يُشكل غلافًا.

نظام اهتزاز جهاز التبلور: يُحرك جهاز التبلور للاهتزاز عموديًا على طول مسار محدد (مثل المنحنى الجيبي)، مما يمنع الالتصاق بين الغلاف المتصلب الأولي والجدار الداخلي لجهاز التبلور، مع تقليل التشققات السطحية في سبيكة الصب.

نظام الخبث الواقي: يُدخل خبثًا واقيًا (مسحوقًا أو حبيبيًا) إلى القالب لتغطية سطح الفولاذ المصهور. يؤدي هذا إلى توفير العزل، وعزل الفولاذ عن الهواء (منع الأكسدة الثانوية)، وتزييت الغلاف، وامتصاص الشوائب.

4. نظام التبريد الثانوي

يقع هذا النظام أسفل القالب، ويتألف من مجموعات متعددة من فوهات الماء أو أجهزة رش الماء والهواء. كما يُبرّد البليت (الذي لا يزال سائلاً في قلبه) أثناء سحبه من القالب.

بالتحكم في شدة الرش (حجم الماء وضغطه)، يُكثّف النظام غلاف البليت باستمرار حتى يتصلب قلبه تمامًا. هذا يمنع التبريد المفرط الذي قد يُسبب إجهادات داخلية أو تشققات في البليت.

5. نظام السحب والنقل

آلة السحب: تتكون من عدة أزواج من بكرات مُدارة، وتوفر قوة جر لسحب اللوح باستمرار من القالب مع تقويمه في الوقت نفسه، مما يمنع تشوه الانحناء أثناء التصلب، ويضمن استقامة اللوح.

طاولة الأسطوانة الناقلة: تنقل السبيكة من آلة التقويم إلى المراحل التالية، مثل منطقة القطع وسرير التبريد. تتزامن سرعة طاولة الأسطوانة مع سرعة سحب السبيكة لضمان نقلها بسلاسة.

6. نظام القطع

يقطع السبيكة المتحركة باستمرار بأطوال محددة مسبقًا (مثل 6 أمتار، 9 أمتار، 12 مترًا، مع تعديلها وفقًا لمتطلبات مصنع الدرفلة).

آلة القطع باللهب: تستخدم لهبًا يعمل بالأكسجين والوقود (مثل البروبان) لصهر وتقطيع السبيكة. وهي مناسبة لمختلف المقاطع العرضية ودرجات الفولاذ، وتُعد من المعدات الشائعة.

القص الطائر الميكانيكي: يمكن استخدام مقصات طائرة عالية السرعة للسبيكة ذات المقطع العرضي الصغير (مثل السبيكة المربعة أو الدائرية)، مما يوفر كفاءة قطع أعلى ودقة أبعاد فائقة.

7. سرير التبريد ونظام التشطيب

سرير التبريد: يُستخدم لتبريد السبائك، وخفض درجات الحرارة من 800 إلى 1000 درجة مئوية إلى درجة حرارة الغرفة عن طريق التبريد الطبيعي أو تبريد الهواء القسري. هذا يمنع الإجهادات الداخلية أو التشوهات الناتجة عن التبريد السريع (مثل أسرّة التبريد المتدرجة، وأسرّة التبريد المتسلسلة).

معدات التشطيب: تشمل مُقوِّمات (لتصحيح انحناء السبائك بشكل أفضل)، ومعدات تنظيف الأسطح (لإزالة القشور أو العيوب)، ومعدات وضع العلامات (لطباعة أرقام الأفران، والمواصفات، ودرجات الفولاذ، إلخ).

II. مبدأ عمل آلات الصب المستمر

صب الفولاذ المنصهر: يُسكب الفولاذ المنصهر المُكرر (بدرجة حرارة تتراوح بين 1500 و1580 درجة مئوية تقريبًا) من المغرفة إلى الوعاء، ثم يتدفق عبر فوهة الوعاء إلى القالب.

التصلب الأولي: داخل القالب، يلامس الفولاذ المنصهر جدران النحاس المبردة. يبرد السطح بسرعة ويتصلب، مُشكلًا غلافًا بسمك يتراوح بين 10 و30 مم تقريبًا، بينما يبقى الجزء الداخلي سائلًا.

السحب المستمر: تسحب آلة السحب والتقويم باستمرار البلاطة مع غلافها من القالب إلى منطقة التبريد الثانوية.

التصلب الكامل: في منطقة التبريد الثانوية، يُبرّد رذاذ الماء البلاطة باستمرار، مما يُؤدي إلى نمو الغلاف تدريجيًا نحو المركز حتى التصلب الكامل.

القطع حسب الطول: تُقطع البلاطة المُصلبة بأطوال محددة، وتُبرّد على سرير تبريد، وتُصقل لتصبح سبائك مؤهلة للاستخدام في مصنع الدرفلة.

ثالثًا. تصنيف العجلات المستمرة

بناءً على المقطع العرضي للسبائك المعدنية وتطبيقاتها، تُصنف ماكينات الصب المستمر إلى:

ماكينة الصب المستمر للسبائك المعدنية المربعة: تُنتج سبائك معدنية ذات مقطع عرضي مربع أو مستطيل (مثل: 150 مم × 150 مم، 200 مم × 200 مم) لدرفلة القضبان، وقضبان الأسلاك، والفولاذ الهيكلي الصغير.

ماكينات الصب المستمر للألواح: تُنتج سبائك معدنية مصبوبة على شكل ألواح بنسب عرض إلى سمك عالية (مثل: سمك 200-300 مم، عرض 1000-3000 مم)، تُستخدم في درفلة الصفائح متوسطة السماكة، واللفائف المدرفلة على الساخن، وغيرها.

ماكينة الصب المستمر للسبائك المعدنية المستديرة: تُنتج سبائك معدنية مصبوبة ذات مقطع عرضي دائري (قطر 100-400 مم)، تُستخدم بشكل أساسي لدرفلة أنابيب الفولاذ غير الملحومة.

آلة صبّ مستمرّ لسبائك الحديد بأشكال خاصة: تُنتج سبائك حديد مصبوبة ذات مقاطع عرضية خاصة (مثل سبائك الحديد بعارضة I، وسبائك الحديد بعارضة H)، وتُورّد مباشرةً إلى مصانع الدرفلة ذات الأشكال الخاصة للمعالجة.

كما يُمكن تصنيف آلات الصبّ المستمرّ حسب عدد التدفقات إلى أنواع أحادية التدفق، وثنائية التدفق، ومتعددة التدفقات (مثل 6 تدفقات، و8 تدفقات). تُنتج آلات الصبّ المستمرّ متعددة التدفقات سبائك حديد مصبوبة متعددة في آنٍ واحد، مما يُحسّن الكفاءة.