همه چيز در رابطه با ورق گالوانيزه گرم

به صورت کلی آبکاری و یا پوشش دهی ورق گالوانیزه و گالوانيزه گرم ، به معنی قرار دادن و ثابت کردن یک پوشش از فلز روی بر روی ورق های آهنی یا فولادی به منظور دستیابی به خواص مشخص می باشد. در واقع این فرایند یکی از روش های محافظت از خوردگی  و آسیب دیدگی است که به وسیله پوشاندن فلز اصلی توسط لایه ای از فلزی محافظ در ماده گالوانیک (معمولا روی) انجام می شود. در این مقاله از سری مقالات ایران فرمینگ به روش گالوانیزه کردن گرم پرداخته ایم و مراحل آن را برای شما عزیزان شرح داده ایم.

تاریخچه

از نظر تاریخی اولین بار در سال ۱۷۴۲ میلادی شیمیدانی فرانسوی به نام ملوین روشی برای پوشاندن سطح آهن با فرو کردن آن در روی مذاب ارائه نمود و سپس در سال ۱۸۳۶ میلادی دیگر شیمیدان فرانسوی به نام سورل روشی دیگر را برای پوشاندن آهن با فلز روی ارائه کرد. روش ارائه شده توسط سورل بدین صورت بود که ابتدا سطح آهن را سولفوریک اسید تمیز نموده و آن را در فلاکس آمونیوم کلرید فرو می برند.

در طی قرن 20 میلادی این روش به سرعت تکامل پیدا کرده و در سراسر دنیا متداول شده است.

روش غوطه وری در حوضچه های روی مذاب

معمول ترین و مقرون به صرفه ترین روش برای گالوانیزه کردن فولاد و آهن، غوطه وری ورق در حوضچه روی مذاب می باشد. به طور معمول بیشترین بازدهی و مقاومت در برابر خوردگی در اثر کار با این روش گالوانیزاسیون حاصل می‌ گردد.

این روش که یکی از قدیمی ترین و پر کاربرد ترین روش های مقابله با خوردگی و زنگ زدگی سطوح آهنی و فولادی در دنیا محسوب می گردد، در واقع با ایجاد یک لایه محافظ الکترولیت بین محیط مجاور و سطح فولاد یا آهن موفق به انجام محافظت از سطح این فلزات می گردد.

البته باید در نظر داشت که میزان ضخامت پوشش روی که روی سطح فولاد و آهن قرار می ‌گیرد و همچنین شرایط محیطی که ورق در مجاورت آن قرا می گیرد، می‌ تواند در میزان مقاومت ایجاد شده و همچنین طول عمر ورق تاثیر گذار باشد.

این مقاله را نیز حتما بخوانید : ورق آلوزینک چیست ؟

پروسه گالوانیزاسیون

در پروسه گالوانیزاسیون از طریق غوطه وری ورق در حوضچه روی مذاب به طور معمول چند لایه محافظ روی سطح ورق قرار می گیرد و این لایه ها به طوری به فلز پایه چسبیده می ‌شوند که در واقع به جزئی از سطح فلز پایه تبدیل می ‌گردند و دیگر قابل جدا کردن نمی باشند.

در حقیقت این لایه محافظ از جنس روی که در اثر گالوانیزاسیون به بخشی از ورق شده است نسبت به فلز پایه نقش آند را بر عهده گرفته و با محیط اطراف خود واکنش شیمیایی انجام می دهد تا یک لایه محافظ متشکل از اکسید روی، کربنات روی، و هیدروکسید روی بر سطح خارجی تشکیل گردد.

کربنات روی که در اثر این واکنش ایجاد می شود، با گذشت زمان می تواند یک سطح مناسب برای رنگ کردن فراهم نماید. به بیان ساده تر می توان گفت لایه پوشش از جنس روی برای محافظت لایه زیرین که از جنس فلز آهن و فولاد است، خود را قربانی کرده و به واکنش شیمیایی با اکسیژن و رطوبت محیط تن می دهد تا لایه ای محافظ در سطح تشکیل گردد.

دسته بندی های فرایند پوشش دهی ورق گالوانیزه

این فرایند ها را به چند روش می توان دسته بندی کرد. گه متداول ترین آن ها عبارتند از

• روش گالوانیزه سرد
• روش گالوانیزه گرم
• پوشش دهی مکانیکی
• اسپری نمودن روی (متالایزینگ)

ما در این مقاله به توضیح روش غوطه وری داغ یا همان روش گالوانیزه گرم می پردازیم.

معرفی روش ورق گالوانیزه گرم

روی نسبت به فلزهای آهن و فولاد خاصیت آندی دارد بنابراین زمانی که به صورت یک لایه نازک بر روی این فلزات به کار می رود حفاظت بیشتری را در مقایسه با لایه های محافظ دیگرمانند نیکل و دیگر روکش های کاتدی نشان می دهد. به علت پایین بودن قیمت روی در آبکاری فلزات کاربرد زیادی داشته و اغلب برای روکش کردن قطعات آهنی در زمانی که حفاظت از خوردگی مهمم ترین گزینه می باشد بر دیگر فلزات ترجیح داده می شود.

روی هنگامی که در روش آبکاری الکتریکی ساده و بدون عملیات های بعدی مورد استفاده قرار گیرد بعد از گذشت زمان در مجاورت هوا تغییر رنگ داده و به رنگ خاکستری تیره در می آید. برای جلوگیری از این مشکل از نوعی روی درخشان که روکشی از کرومات سفید یا لاک بر روی آن قرار داده شده استفاده می شود و این مورد برای زمانی استفاده می شود که محصول نهایی کاربرد تزئینی داشته باشد.

این ترکیب مکمل تزئینی با این که دوام کمتری نسبت به نیکل کروم دارد در بسیاری از حالات حفاظت بهتری در برابر خوردگی از روکش های نازک نیکل کروم ایجاد می کند با این تفاوت که بسیار ارزان تر هم می باشد.

این مقاله را نیز حتما بخوانید : ورق گالوانیزه چیست ؟

روش های ایجاد پوشش های ورق گالوانیزه:

• عبور دادن قطعه ای که قرار است تحت پوشش قرار گیرد از درون حمام مذاب فلز روی که به این تکنیک گالوانیزه به روش غوطه وری گرم گفته می شود.
• استفاده ازروش های آبکاری که به آن ورق گالوانیزه سرد یا الکترو گالوانیزاسیون گفته می شود.

در ایجاد پوشش به روش ورقهای گالوانیزه گرم ، اتصال بین قطعه و فلز باید یک اتصال محکم و با دوام باشد به عبارت دیگر بین قطعه و فلز پوشش دهنده یک ترکیب بین فلزی به وجود می آید. دوام این پوشش به نوع روش ومیزان دقت در انجام آن و کیفیت آن پوشش بستگی دارد.

گالوانیزه گرم در واقع روشی است محافظتی که با قرار دادن  قطعه در حمامی مذاب از روی انجام می شود. در حال حاضر انواع ورق های مختلف می توانند تحت فرایند گالوانیزه گرم قرار گیرند. این فرایند علی رغم توضیح ساده آن فرایندی پیچیده و دشواری می باشد.

در اثر غوطه ورشدن ورق در حمام مذاب روی، مجموعه ای از واکنش های شیمیایی صورت می گیرد و در نهایت پس از انجام فرایند آلیاژسازی این کار پایان می پذیرد.

در گالوانيزه گرم ، متغیرهای مختلفی بر چگونگی انجام فرایند، به وجود آمدن لایه های آلیاژی، ضخامت هریک از این لایه و … تاثیر گذار می باشد. از جمله این عوامل می توان به ترکیب شیمیایی فلز پایه، ترکیب حمام مذاب، کیفیت شمش روی مصرفی، درجه حرارت حمام، زمان غوطه وری، سرعت غوطه وری، فلاکس مورد استفاده و … اشاره نمود.

مراحل فرایند گالوانیزه گرم چگونه است؟

فرایند گالوانیزه گرم به شکل کلی در سه مرحله صورت می گیرد که هر مرحله نیز می تواند از چند مرحله دیگر تشکیل شده باشد. این مراحل عبارتند از:

• آماده سازی
• گالوانیزه کردن
• عملیات تکمیلی

• آماده سازی

جهت انجام فرایند گالوانيزه گرم سطح ورق ها می بایست کاملا آماده سازی شود برای این منظور ابتدا سطح ورق چربی زدایی شده سپس اسیدشویی می شود وبعد مجددا شستشو شده و در نهایت فرو بردن قطعه در فلاکس مناسب و پیش گرم نمودن قطعه می بایست صورت گیرد.

• فرایند گالوانیزه

در این مرحله ورق باید در حمام مناسبی که قبلا آماده شده است براساس هدف و کاربرد نهایی مشخص برای مدت زمانی معین و با دمای از قبل محاسبه شده  قرار گیرد. در این مرحله سری واکنش های شیمیایی اصلی بر روی ورق صورت گرفته و لایه های آلیاژی شکل میگیرند و در پایان در شرایط کنترل شده قطعه سرد می شود.

• عملیات تکمیلی

این مرحله در واقع هم در ارتباط با خود ورق ها و و هم تجهیزات مورد استفاده در کارخانه می باشد. از جمله کار های تکمیلی می توان به حذف روی از سطح قطعات معیوب ، بازیابی روی از سرباره، خنثی کردن اسید باقی مانده بر روی قطعات و ورقه ، بازیابی اسید مصرف شده برای مصرف مجدد و صرفه جویی و یا عملیات حرارتی برای سرد کردن ورق های گالوانیزه شده اشاره نمود.

یکی از اصلی ترین عملیات های تکمیلی که بسیار مهم می باشد کروماته نمودن ورق گالوانیزه می باشد.

فرایند کروماته نمودن ورق گالوانیزه

سطح ورق گالوانیزه بعد از فرایند گالوانیزه ظاهر مطلوبی دارد اما این کیفیت سطح به سرعت افت کرده و زمانی که در معرض عوامل مختلفی مانند درجه حرارت بالا، رطوبت یا آب قرار  گیرد به وسیله لایه ضخیمی از هیدروکسید روی سفید رنگ پوشیده می شود.

لایه سفید رنگ که اصطلاحا سفیدک نامیده می شود سطح بیرونی ورق را خراب کرده و از ارزش و زیبایی  ظاهری کالا می کاهد. می توان برای جلوگیری از این مشکل عملیات کروماته نمودن بر روی ورق گالوانیزه انجام شود.

این روش به این صورت است که ورق گالوانیزه در اسید کرمیک رقیق شده یا محلول بی کرمات سدیم غوطه ور می شود. با این کار لایه متراکم و نازکی بر روی ورق ایجاد می گردد که در مقابل خوردگی مقاومت خوبی دارد و از تشکیل سفیدک تا مدت زمان زیادی جلوگیری می کند.

غلظت محلول معمولا ۰٫۱ تا ۰٫۳ درصد و درجه حرارت آن ۶۰ تا ۷۰ درجه سانتی گراد می باشد. در صورتی که از اسید با غلظت بالاتر استفاده شود لایه مقاوم تری ایجاد می شود اما در مورد ورق های گالوانیزه افزایش غلظت باعث تغییر رنگ و نارنجی شدن سطح ورق می شود.

گالوانیزه کردن به روش گرم به عنوان یک روش موفق تجاری و ارزان قیمت در صنایع مختلف برای حفاظت ورق های فولادی در برابر خوردگی استفاده می شود.دامنه پژوهش های گسترده در این روش باعث شده است که فرایند گالوانیزه، یک روش استاندارد به حساب بیاید.

ضخامت فرآیند گالوانیزه

ضخامت پوشش روی ورق گالوانیزه می تواند متفاوت باشد و بر اساس جرم پوشش فلز روی آنها تعیین می گردد به طور معمول میزان آن از ۱۰۰ تا ۳۵۰ گرم بر متر مربع متغیر است. میزان فلز روی که روی سطح آهن را می پوشاند هر چقدر بیشتر باشد، ورق اصطلاحا دارای کتینگ بالاتری است.

ورق های در بازار که تولید کشور چین هستند، اغلب دارای کتینگ بین ۱۰۰ تا ۱۲۰ و ورق های تولید ژاپن، کره جنوبی و هند، کتینگ های بالاتر و حدود ۱۸۰ نیز دارند.

از نظر فنی در هنگام فرآیند گالوانیزاسیون، بین آهن و روی پیل الکتروشیمیایی تشکیل می شود و در این واکنش روی به جای آهن به عنوان آند و آهن به جای روی به عنوان کاتد قرار می گیرد. در این هنگام روی بر اساس خاصیت شیمیایی خود که فلزی فعال تر از آهن به حساب می آید، در معرض اکسیژن و رطوبت موجود در محیط اکسید می شود.

این مقاله را نیز حتما بخوانید : ورق کربنی چیست ؟

دسته بندی صنایع گالوانیزه

صنایع گالوانیزه گرم به سه بخش اصلی تقسیم می شوند:

• گالوانیزه ورق به صورت پیوسته
• گالوانیزه عمومی (دسته های ورق پیش ساخته شده)
• گالوانیزه سیم و لوله

اکثر خطوط تولید ورق گالوانیزه یا به صورت پیوسته (حدود ۸۳ درصد) به روش غوطه وری  در حوضچه یا همان روش گالوانيزه گرم بوده  و حدود ۱۷ درصد باقی مانده با روش های گالوانیزه به صورت الکتریکی یا سرد تولید می شوند. برای مثال یک خط مدرن گالوانيزه گرم ورق به صورت مداوم، به روش حمام داغ روی که با سرعت نهایت حدود ۱۸۰ متر در دقیقه کار می کند، سالیانه میتواند تولیدی تا میزان ۵۰۰۰۰۰ تن را دارا باشد.

ورق های گالوانیزه به این روش، در صنایع مختلف مانند ساختمان، ماشین سازی و ساخت قطعات هواپیما استفاده می شوند.

اجزا خط تولید گالوانیزه گرم

خط تولید تکنیک  گالوانيزه گرم پیوسته که برای رول های ورقی با ابعاد و ضخامت های مختلف قابل استفاده می باشد دارای برخی اجزا است. این روش از غوطه ورکردن ورق در حوضچه ای  داغ از روی مذاب استفاده می کند. در ابتدای این خط، ورق های کلاف ها به یکدیگر جوش می خورند و سپس به صورت یک نوار به خط پیوسته و شارژ می گردد.

در قسمت شست و شو، سطح ورق به وسیله چربی زدایی با مواد قلیایی تمیز شده و سپس با آب گرم شست و شو تمیز شده و سپس با هوای داغ خشک می شود. سپس کلاف وارد کوره های پیشگرم یا آنیل شده و دمای آن برای ورود به حوضچه مذاب تنظیم می گردد.

مرحله شست و شو به کمک سه محلول اسید و باز و آب انجام می شود. در مرحله همدمایی نیز دمای ورقه ها به ۷۳۰ تا ۷۸۰ درجه می رسد.

پس از آن، ورق ها وارد حوضچه مذاب می شوند. کف این حوضچه دارای سرب مذاب بوده و روی مذاب در سطح  بالایی آن می باشد. سرب کف حوضچه باعث پیشگرم نهایی ورق و باز کردن چشمه های ورق و آماده سازی سطح ورق برای جذب روی می گردد.

بلافاصله پس از خروج ورق، جت هوا با ورق برخورد می کند و ضخامت پوشش و کیفیت دانه های شکفته شده یا همان اسپنگل ها را تنظیم می کند. اندازه نهایی اسپنگل ها به کمک سیکل خنک کاری تثبیت می گردد. در ادامه و با دمیدن هوا، دمای ورق کم کم کاهش یافته و آماده اندازه گیری ضخامت پوشش می گردد. این ضخامت توسط دستگاه ضخامت سنج صورت می گیرد.

فرآیند جت شویی

همان طور که در بالا گفته شد بلافاصله بعد از خروج ورق از حوضچه مذاب جت هوا به ورق برخورد کرده و در اثر فشار هوای وارد شده و همچنین نیروی وزنی مذاب روی، بخشی از مذاب روی به داخل حوضچه برگشته و در نتیجه ضخامت پوشش ورق تنظیم می شود.

به فرایند دمش هوا به وسیله جت هوا که باعث برگشت مذاب به داخل حوضچه و تنظیم ضخامت می گردد فرایند جت شویی گفته می شود.

این مقاله را نیز حتما بخوانید : کاربرد ورق اسیدشویی ؟

به طور کلی اجزا اصلی خط گالوانيزه گرم عبارتند از:

• رول باز کن

این قسمت درواقع تغذیه کننده اصلی خط گالوانيزه گرم می باشد. بدین شکل که با داشتن قابلیت تنظیم سرعت باز شدن کلاف ورق، امکان تغذیه خط تولید با سرعت های مختلف را فراهم می سازد.

• دستگاه جوش رول

این بخش وظیفه اتصال رول ها را بر عهده دارد. با پیوستن رول ها به یک دیگر امکان داشتن یک خط پیوسته فراهم می شود.

• بافر

همانطور که از نام آن پیداست این قسمت همانند یک بافر و یا ذخیره ساز میانی عمل می کند. هدف استفاده از این بخش نیز سینک کردن سرعت تغذیه رول با بقیه خط گالوانيزه گرم می باشد. در انتهای خط نیز یک باردیگر از این مکانیزم استفاده می گردد.

• وان های شستشو

این وان ها برای شستشوی ورق ورودی استفاده می شوند. چراکه ورقی که وارد وان می گردد می بایست از هر گونه چربی یا آلودگی دیگر تمیز شود. به کمک این وان ها و از طریق شستشو با اسید، باز و آب ورق کاملا تمیز شده و سپس خشک می شود.

• کوره

یکی از کاربرد های این بخش خط ،گرم کردن اولیه ورق می باشد همچنین یک عملیات حرارتی نیز بر روی آن انجام شده و دوام ورق را بالاتر می برد . به عنوان مثال در فولاد مبارکه، این کوره ها دو متد گرمایش را می توانند انجام دهند. این دو متد روشهای DQ  و CQ نام دارند.

در روش اول ورق تا دمای ۷۸۰ درجه گرم می شود. لذا از خواص مکانیکی تا حدی نرم تر و تحمل کشش بالاتر به واسطه آنیل شدن بیشتر داشته و ورق را آماده برای استفاده در صنعت قطعه سازی می سازد. در روش دوم ورق تا ۷۳۰ درجه گرم می شود. بنابراین ورق سخت تر می شود. این دو پارامتر از عواملی هستند که بر سرعت خط نیز تاثیرمی گذارند.

• جت هوا

جت هوا یکی از اساسی ترین بخش های خط تولید ورق گالوانيزه گرم  است. و درواقع کیفیت نهایی ورق تولید شده به شکل مستقیم به عملکرد این بخش و پارامترهای تنظیم شده آن وابسته است.

پارامترهای موثری که در جت هوا می توان به آنها اشاره کرد عبارت اند از: فشار هوای ورودی، دمای هوای ورودی، فاصله جت از ورق، زاویه جت نسبت به ورق، فاصله جت از سطح حوضچه و سرعت خط تولید ورق. هر کدام از این عوامل تاثیر مستقیمی بر نوع دانه بندی ها که بیانگر کیفیت ورق هستند و همچنین ضخامت لایه روی قرارگرفته برروی ورق یا همان پوشش دارند.

استانداردهای اصلی سنجش کیفیت گالوانیزه گرم

مهمترین پارامتر ضخامت پوشش یک محصول می باشد پس باید مطابق با آخرین استانداردها باشد. اگر ضخامت زیاد بر روی محصول ایجاد شود  مقاومت در برابر فرسایش و خوردگی بیشتر می شود. اما انعطاف پذیری و فرم پذیری محصول کاهش چشمگیری پیدا می کند.

از سوی دیگر برعکس این قضیه صدق می کند و ضخامت پوشش کمتر به معنی جوش پذیری و فرم پذیری بهتر است. بنابراین باید این ضخامت در یک بازه مشخص و استاندارد قرار گیرد.

ضخامت پوشش از نظر وزن پوشش در بازه سطح نیز قابل بیان می باشد، این موارد مبنای تست های کیفیت خط تولید نیز می باشد.

آنچه که مشخص می باشد این است که این پارامترها نه تنها در خطوط تولید به راحتی قابل تغییر و کنترل نیستند بلکه در خصوص مقادیر آن ها و تاثیر آن ها بر دانه بندی هیچ استاندارد مشخصی ارائه نشده است و تولیدکنندگان یا به جداول ارائه شده از سوی سازندگان خط و یا با تجربه خود این مقادیر را تنظیم می کنند.

قیمت ورق های گالوانیزه گرم تولید کارخانه های مختلف و کشورهای مختلف یکسان نیست و پیشنهاد می شود جهت کسب اطلاعات بیشتر در مورد قیمت روز انواع ورق فولادی از جمله ورق های گالوانیزه با شماره های گروه ایران فرمینگ تماس حاصل فرموده و یا از صفحه اینستاگرام ایران فرمینگ دیدن فرمایید.