عندما يتعلق الأمر المتداول الصلب, واحدة من أهم الخطوات التي تؤثر بشكل مباشر على جودة المنتج, كفاءة الطاقة, وتكلفة الإنتاج هي تسخين الخام الصلب. لا يقتصر الحصول على درجة حرارة التسخين الصحيحة على تشغيل الفرن فحسب، بل إنه علم دقيق يوازن علم المعادن, قدرة المعدات, واقتصاديات العمليات.
لماذا تعتبر درجة حرارة التسخين مهمة في درفلة الفولاذ؟
قبل دخول كتلة الصلب إلى مصنع الدرفلة, يجب تسخينه إلى درجة حرارة حيث يصبح مطاوعًا بدرجة كافية للتشوه دون التشقق. إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا, الفولاذ هش وعرضة للعيوب السطحية أو الداخلية. إذا كانت مرتفعة جدًا, الأكسدة المفرطة (تشكيل النطاق), خشونة الحبوب, وحتى ذوبان المراحل ذات نقطة الانصهار المنخفضة يمكن أن يحدث - خاصة في سبائك الفولاذ.
يقع نطاق التسخين المثالي لمعظم الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك بين 1050درجة مئوية و 1250 درجة مئوية. هذه النافذة ليست اعتباطية، بل إنها متجذرة في مخطط طور الحديد والكربون, حيث الأوستينيت (γ-الحديد) هي المرحلة المهيمنة. الأوستينيت لديه مكعب متمركز حول الوجه (لجنة الاتصالات الفيدرالية) هيكل يسمح بسهولة الانزلاق وتشوه البلاستيك, مما يجعلها مثالية للدرفلة الساخنة.
كيف يؤثر درجة الفولاذ على درجة حرارة التسخين
لا يتم إنشاء جميع قضبان الفولاذ على قدم المساواة. التركيب الكيميائي – وخاصة محتوى الكربون وعناصر السبائك مثل الكروم, النيكل, أو الفاناديوم - يغير درجة حرارة التسخين المثالية. على سبيل المثال:
| نوع الصلب | محتوى الكربون النموذجي (%) | درجة حرارة التدفئة الموصى بها (درجة مئوية) | ملحوظات |
|---|---|---|---|
| فولاذ منخفض الكربون | ≥ 0.25 | 1150-1250 | ليونة عالية; انخفاض خطر ارتفاع درجة الحرارة |
| فولاذ متوسط الكربون | 0.25-0.60 | 1100-1200 | انتبه لإزالة الكربنة في درجات الحرارة المرتفعة |
| فولاذ عالي الكربون | > 0.60 | 1050-1150 | خطر ذوبان حدود الحبوب فوق 1200 درجة مئوية |
| سبائك الصلب منخفضة (على سبيل المثال, الكروم مو) | يختلف | 1100-1180 | عناصر صناعة السبائك ترفع درجة حرارة إعادة التبلور |
| الفولاذ المقاوم للصدأ (الأوستنيتي) | ~0.08 (304) | 1150-1200 | تجنب منطقة التوعية (450-850 درجة مئوية) أثناء التبريد |
كما ترون, إن دفع كل قطعة معدنية إلى 1250 درجة مئوية يعد وصفة للمشاكل. درجات عالية الكربون, على سبيل المثال, تبدأ في تكوين أطوار سائلة عند حدود الحبوب فوق 1200 درجة مئوية - وهي ظاهرة تعرف باسم "الضيق الساخن". وهذا يقلل بشكل كبير من قابلية التشغيل على الساخن ويمكن أن يسبب تشققًا كارثيًا أثناء التدحرج.
دور حجم الخام والقسم
تلعب أبعاد الخام أيضًا دورًا رئيسيًا في تحديد درجة حرارة التسخين ووقته. تستغرق المقاطع السميكة وقتًا أطول لتسخينها بشكل موحد. إذا وصلت درجة حرارة السطح إلى 1200 درجة مئوية بينما لا يزال القلب عند 900 درجة مئوية, يمكن أن تسبب الضغوط الحرارية شقوقًا داخلية، حتى قبل بدء التدحرج.
غالبًا ما تستخدم ممارسات الصناعة هذه القواعد الأساسية لوقت التسخين:
- الوقت لكل سم من السمك: 8-12 دقيقة/سم للفولاذ الكربوني في فرن إعادة التسخين المضبوط جيدًا.
- الحد الأقصى لمعدل التدفئة: ما يصل إلى 300 درجة مئوية/ساعة في المرحلة الأولية (أقل من 700 درجة مئوية), ولكن تباطأ إلى 100-150 درجة مئوية / ساعة فوق 900 درجة مئوية لتجنب الصدمة الحرارية.
على سبيل المثال, أ 150 مم × 150 مم مربع الخام (15 سم سميكة) يتطلب عادة 2 ل 3 ساعات من إجمالي وقت التسخين في فرن ذو عارضة متحركة لتحقيق درجة حرارة موحدة طوال الوقت.
أنواع الأفران وتأثيرها على التحكم بالتدفئة
تستخدم مصانع الصلب الحديثة تصميمات مختلفة للأفران, ولكل منها خصائص تسخين مميزة:
| نوع الفرن | ماكس درجة الحرارة (درجة مئوية) | توحيد التدفئة | أفضل ل |
|---|---|---|---|
| فرن شعاع المشي | 1300 | ممتاز (±15 درجة مئوية) | حجم كبير, أحجام البليت متسقة |
| فرن من النوع الدافع | 1250 | معتدل (±30 درجة مئوية) | المطاحن التراثية; قضبان أصغر |
| سخان التعريفي (سخان مسبق) | 1200 | سريع جدًا, تركز على السطح | التدفئة التكميلية; توفير الطاقة |
أصبحت أفران العارضة المتحركة الآن هي المعيار الصناعي للتركيبات الجديدة لأنها تقلل من علامات انزلاق القضبان وتوفر تحكمًا فائقًا في درجة الحرارة. تستخدم الأنظمة المتقدمة البيرومترات بالأشعة تحت الحمراء والنماذج الرياضية لضبط مناطق الشعلة في الوقت الفعلي, ضمان خروج الخام عند درجة الحرارة المستهدفة بالضبط - على سبيل المثال, 1180درجة مئوية ± 10 درجة مئوية - للحامل المتداول التالي.
العواقب الواقعية لضعف التحكم في درجة الحرارة
دعونا ننظر إلى ما يحدث عندما تسوء الأمور:
- انخفاض درجة الحرارة (<1050درجة مئوية): يؤدي إلى أحمال المتداول عالية, الزائد المحرك, والتشقق السطحي. في الحالات القصوى, قد تتوقف الطاحونة.
- ارتفاع درجة الحرارة (>1250درجة مئوية): يسبب الحجم الزائد (ما يصل إلى 3-5٪ من فقدان المعادن), الحبوب الخشنة, وتقليل الخواص الميكانيكية في المنتج النهائي.
- التدفئة غير موحدة: يؤدي إلى "انحناءات الموز" أو الالتواء أثناء التدحرج بسبب مقاومة التشوه غير المتساوية عبر المقطع العرضي للقضيب.
أظهرت دراسة أجريت في مصنع أوروبي للمنتجات الطويلة أن تقليل التغير في درجات الحرارة من ±50 درجة مئوية إلى ±15 درجة مئوية يقلل من تآكل اللفة بنسبة 22% وتحسين اتساق قوة الخضوع من خلال 8% في منتجات حديد التسليح.
نصائح عملية للمشغلين ومهندسي العمليات
إذا كنت مشتركًا في عمليات تسخين الخام أو الدرفلة, فيما يلي إرشادات قابلة للتنفيذ:
- قم دائمًا بمطابقة درجة حرارة التسخين مع درجة الفولاذ. لا تستخدم إعداد "مقاس واحد يناسب الجميع".. احتفظ بجدول بحث بالقرب من الفرن HMI.
- مراقبة درجة الحرارة الأساسية, ليس فقط السطح. استخدم المزدوجات الحرارية في قطع الاختبار أو استنتج درجة الحرارة الأساسية عبر النماذج الحرارية إذا كان القياس المباشر غير ممكن.
- تحسين وقت النقع. بمجرد وصول البليت إلى درجة الحرارة المستهدفة, احتفظ بها لفترة كافية للتجانس - عادة 15-30 دقيقة. يؤدي النقع لفترة أطول إلى زيادة الحجم واستخدام الوقود.
- جو التحكم. يقلل الجو المؤكسد قليلاً من إزالة الكربنة في الفولاذ المتوسط/عالي الكربون, ولكن الكثير من الأكسجين يسرع تكوين القشور.
- تتبع نسبة الوقود إلى البليت. يستهلك الفرن الفعال النموذجي 1.8-2.2 جيجا جول/طن من الخام. غالبًا ما تشير الزيادات في الاستهلاك إلى اختلال محاذاة الموقد أو الهواء الزائد.
يتذكر: الهدف ليس مجرد تسخين قطعة الخام، بل توصيلها إلى أول منصة تدحرج باستخدام البنية المجهرية الصحيحة, الحد الأدنى من العيوب, ودرجة حرارة ثابتة من الرأس إلى الذيل.
التطلع إلى الأمام: التدفئة الذكية والتوائم الرقمية
يقوم الآن كبار منتجي الصلب بنشر تقنية التوأم الرقمي - وهي نسخ افتراضية طبق الأصل من أفران إعادة التسخين الخاصة بهم والتي يتم تغذيتها ببيانات الاستشعار في الوقت الحقيقي. تتنبأ هذه الأنظمة بملفات درجة حرارة الخام وتضبط إعدادات الموقد تلقائيًا, مواقف المثبط, وسرعات الناقل. أفاد المستخدمون الأوائل عن انخفاض بنسبة 5-8% في استهلاك الغاز الطبيعي وتحمل درجات الحرارة بشكل أكثر صرامة دون تدخل المشغل.
في حين أن مثل هذه الأنظمة تتطلب الاستثمار, حتى المطاحن الصغيرة يمكنها الاستفادة من تسجيل البيانات الأساسية: تسجيل مؤقت دخول/خروج البليت, تدفق الوقود, وتساعد النتائج المتجددة في بناء قاعدة معرفية للتحسين المستمر.
في النهاية, إن التحكم في درجة حرارة تسخين قطع الصلب لا يقتصر فقط على اتباع رقم على الرسم البياني. يتعلق الأمر بفهم التفاعل بين الكيمياء, الفيزياء, والآلات - واستخدام تلك المعرفة لإنتاج فولاذ أفضل, بكفاءة أكبر, كل تحول واحد.
