آشنایی با روش‌های تولید میلگرد

میلگرد یک محصول فولادی است که و برای ساخت و ساز و استفاده در بتن به کار گرفته می‌شود. کارخانه‌های فولادسازی از روش‌های مختلفی برای تولید میلگرد استفاده می‌کنند. دو روش اصلی اغلب از جمله نورد گرم و نورد سرد در تولید میلگرد کاربرد خواهند داشت. با این حال، چندین روش دیگر در تولید آرماتور ساختمانی وجود دارند که هر کدام ویژگی‌های مخصوص به خود را ارائه می‌دهند.

میلگرد از چه موادی تولید می‌شود؟

فولاد کربنی رایج‌ترین ماده‌ای است که برای تولید میلگرد استفاده می‌شود. این نوع فولاد عمدتاً حاوی آهن، کربن و مقادیر کمی از عناصر دیگر است. منبع اصلی آهن مورد استفاده در تولید فولاد از سنگ آهن است. سنگ آهن پردازش می‌شود تا آهن استخراج شود و سپس در فرآیند فولادسازی به کار رود. بسته به خواص مورد نظر فولاد ممکن است عناصر آلیاژی اضافی در تولید میلگرد مورد استفاده قرار گیرند.

عناصر آلیاژی رایج شامل منگنز، کروم، نیکل و وانادیم هستند. عناصر آلیاژی می‌توانند استحکام، چقرمگی و سایر خواص مکانیکی میلگرد را افزایش دهند. فولاد مورد استفاده برای میلگردها اغلب از طریق فرآیندهایی مانند کوره اکسیژن پایه (BOF) یا کوره قوس الکتریکی (EAF) تولید می‌شود. این فرآیندها امکان تولید فولاد با ترکیب و خواص مختلف برای کاربردهای گوناگون را فراهم می‌کنند.

انواع روش برای تولید میلگرد

از چهار روش برای تولید میلگرد استفاده می‌شود که در ادامه با جزئیات بیشتری به آن‌ها پرداخته می‌شود:

روش نورد گرم برای تولید میلگرد

نورد گرم یکی از روش‌های مهم در تولید میلگرد است. نورد گرم فرآیندی است که شمش‌های فولادی بزرگ به میلگردهای بلند و باریک با ابعاد و ویژگی‌های سطح مورد نظر تبدیل می‌شوند. در این روش ابتدا شمش‌های فولادی تا دمای بالا (هزار تا 1100 درجه سانتی‌گراد) در کوره گرم می‌شوند. این فرآیند که به عنوان گرم کردن شناخته می‌شود، فولاد را انعطاف پذیرتر می‌کند تا برای فرآیند بعدی آماده شود.

شمش‌های گرم شده ممکن است درست قبل از ورود به آسیاب نورد یک فرآیند گرم شدن مجدد را طی کنند تا این اطمینان ایجاد شود که در دمای مطلوب برای شکل دهی وجود دارد. شمش‌های گرم شده از طریق یک سری پایه‌های نورد در یک آسیاب نورد گرم عبور داده می‌شوند. هر پایه از طریق یکسری رول‌های تشکیل شده است. رول‌ها مسئول ایجاد فشار هستند تا ضخامت فولاد را کاهش دهند. این فرآیند فولاد را کشیده و شکل مورد نظر را به میلگرد می‌دهد.

پس از فرآیند نورد گرم، میلگرد به سرعت خنک می‌شود تا شکل خود را حفظ کند. این کار را می‌توان از طریق فرآیند خنک سازی بسته به خواص مورد نظر میلگرد انجام داد. میلگردها به طول‌های استاندارد (12 متری) بریده می‌شوند تا مطابق با مشخصات روانه بازار شوند؛ اما قبل از ارسال به بازار، میلگردها تحت آزمایش‌های کنترل کیفی قرار می‌گیرد تا اطمینان حاصل شود که استانداردهای لازم برای استحکام، شکل پذیری و سایر خواص مکانیکی را برآورده می‌کنند.

روش نورد سرد برای تولید میلگرد

نورد سرد معمولاً شامل کاهش ضخامت و بهبود پوشش سطح مواد در دمای اتاق است. در حالی که نورد سرد به طور گسترده برای انواع خاصی از محصولات فولادی مانند ورق‌ها و کلاف‌ها استفاده می‌شود، اما این روش محبوبیت کمتری نسبت به نورد گرم دارد. فرآیند نورد گرم به دلیل خواص مکانیکی خاص و ویژگی‌های مورد انتظار برای تقویت سازه‌های بتنی گزینه بهتری محسوب می‌شود.

میلگرد تولید شده با نورد سرد همان با نورد گرم است، اما فرآیند بیشتری روی میلگرد صورت گرفته است. میلگردی که در یک مرتبه تحت فرآیند نورد گرم قرار گرفته است، تحت عملیات خاصی قرار می‌گیرد تا ضخامتش کم شود. در تولید میلگرد به روش نورد سرد به جای استفاده از گرما، تنش‌های مکانیکی روی فولاد اعمال می‌شود. استفاده از غلتک‌های دوار به صورت پیوسته و با سرعت پایین روی محصول مورد نظر می‌تواند‌ منجر به کاهش ضخامت میلگرد شود

تولید میلگرد به روش ترمکس

در تکنولوژی جدید، میلگرد TMT که با استفاده از فناوری ترمکس تولید می‌شود به نام TMX نیز شناخته می‌شود. عملیات حرارتی ترمکس تولید میلگردها با استحکام بالا را امکان پذیر کرده است که تمام الزامات ساخت و ساز عمرانی را برآورده می‌کند. این الزامات می‌توانند استحکام تسلیم از 450 تا 550 نیوتن بر میلی متر مربع یا چقرمگی بیشتر، ارزش ازدیاد طول و شکل پذیری، جوش پذیری، خواص خمشی عالی و غیره باشند. میلگردهای TMT تکنولوژی ترمکس در سراسر جهان به دلایل زیر به طور گسترده پذیرفته شده‌اند:

• کیفیت برتر که با بهترین قیمت همراه است.
• برای استحکام و شکل پذیری بالا برای تمام مقاصد ساختمانی قابل استفاده است.
• در برابر خوردگی بسیار مقاوم است.
• نسبت به سایرین روش‌های تولید میلگرد در برابر آتش مقاوم است.
• تا 17 درصد در مصرف فولاد صرفه جویی می‌کند.
• مقاوم در برابر خستگی است.
• در هنگام زلزله می‌تواند انرژی اضافی را مبادله کند و احتمال آسیب را کاهش دهد.

میلگرد میکروآلیاژی

میلگرد میکروآلیاژی به نوعی از میلگردهای تقویت کننده اطلاق می‌شود که عناصر میکروآلیاژی را در ترکیب خود دارد تا خواص مکانیکی خاص این میلگردها را افزایش دهد. به عبارتی، میکروآلیاژی شامل افزودن مقادیر کمی از عناصر آلیاژی خاص مانند نیوبیم، وانادیوم و تیتانیوم برای دستیابی به خواص مورد نظر بدون نیاز به فرآیندهای عملیات حرارتی است.

عناصر میکروآلیاژی به بهبود استحکام و چقرمگی میلگرد کمک می‌کنند. این پالایش ریزساختاری اغلب در طول فرآیند نورد گرم رخ می‌دهد. میلگرد میکروآلیاژی به خنک کاری کنترل شده در طول فرآیند نورد گرم متکی است. این امر نیاز به مراحل عملیات حرارتی اضافی را از بین می‌برد و فرآیند تولید را کارآمدتر می‌کند. این میلگردها به طور خاص برای مناطق زلزله خیز مناسب‌تر هستند.

مراحل تولید میلگرد

تولید میلگرد شامل یک سری مراحل از استخراج مواد اولیه تا محصول نهایی است. در ادامه یک نمای کلی از فرآیند تولید میلگرد آورده شده است:

1. استخراج مواد اولیه: مواد اولیه برای تولید میلگرد سنگ آهن، کک (به دست آمده از زغال سنگ) و سنگ آهک است. این مواد از معادن استخراج می‌شوند تا در تولید فولاد مورد استفاده قرار گیرند.
2. آهن سازی و پالایش: سنگ آهن استخراج شده در یک کوره بلند فرآوری می‌شود و در آنجا ذوب می‌شود تا آهن مذاب تولید شود. در طی این فرآیند، ناخالصی‌ها حذف می‌شوند و عناصر آلیاژی برای دستیابی به ترکیب مورد نظر اضافه خواهند شد.
3. فولادسازی: آهن مذاب در یک کارخانه فولادسازی پردازش می‌شود. این کار را می‌توان از طریق یک کوره اکسیژن پایه (BOF) یا یک کوره قوس الکتریکی (EAF) انجام داد. این فرآیندها فولاد را تصفیه و ترکیب آن را تنظیم می‌کنند.
4. ریخته گری: فولاد مذاب با استفاده از روش ریخته‌ گری پیوسته یا سایر روش‌های ریخته گری به شکل شمش فولادی بزرگ در می‌آیند. با این کار شمش‌ها در اشکال بلند، مستطیلی یا استوانه‌ای ایجاد می‌شود.
5. گرمایش: شمش‌ها تا دمای بالا گرم می‌شوند تا شکل پذیر شده و برای فرآیند نورد گرم آماده شوند.
6. نورد گرم: شمش‌های گرم شده از یک سری کارخانه‌های نورد عبور داده می‌شوند. هر پاس باعث کاهش ضخامت و افزایش طول فولاد می‌شود و آن را به شکل پروفیل میلگرد مورد نظر در می‌آورد.
7. خنک سازی: میلگرد نورد گرم به سرعت خنک می‌شود تا شکل خود را به دست آورد. سپس میلگردها به طول استاندارد با گیوتین بریده می‌شوند و تحت کنترل کیفیت قرار می‌گیرند.
8. برش: فولاد صاف شده سپس به طول مورد نظر بریده می شود تا قطعات میلگرد جداگانه ایجاد شود. 
9. خمش: قطعات میلگرد را می توان به شکل یا زاویه ای خاص در صورت نیاز طراحی پروژه خم کرد.
10. بازرسی: سپس میلگرد برای اطمینان از مطابقت با استانداردها و مشخصات لازم برای استحکام، اندازه و شکل بررسی می‌شود.
11. پوشش: میلگرد را می‌توان با موادی مانند روی یا اپوکسی پوشاند تا از خوردگی جلوگیری شود.
12. بسته بندی: هر میلگرد با اطلاعات ضروری مانند گرید، اندازه و مشخصات سازنده مشخص می‌شود. درنهایت، میلگردها برای ارسال به سایت‌های ساختمانی بسته بندی می‌شوند.

تولید میلگرد در ایران با سایر کشورها چه تفاوتی دارد؟

ایران مانند کشورهای توسعه یافته از پیشرفته‌ترین فناوری‌ها در تولید میلگرد استفاده می‌کند. هر چهار روش فوق در ایران برای ساخت میلگرد کاربرد دارند، اما تفاوت اصلی در استانداردهای مورد استفاده است. کیفیت تولید میلگرد کارخانجات ایران بسیار بالاست و نیازهای بازار را به خوبی برآورده می‌کند. با این حال، در دسترس بودن و کیفیت مواد خام مانند سنگ آهن و ضایعات فلزی می‌توانند در کشورهای مختلف متفاوت باشد.

تولیدکنندگان فولاد اغلب فرآیندهای تولید خود را بر اساس ویژگی‌های خاص مواد خام موجود تطبیق می‌دهند. از سویی دیگر، سطح پیشرفت فناوری در فرآیندهای فولادسازی و تولید می‌تواند بین کشورها متفاوت باشد. همچنین شیوه های ساخت و ساز محلی و تقاضاهای بازار بر انواع و مشخصات میلگرد تولید شده تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، ملاحظات لرزه‌ای ممکن است بر ویژگی‌های میلگرد مورد استفاده در مناطق زلزله خیز تأثیر بگذارد.

 در ایران روش سنتی رایج‌ترین روش برای تولید میلگرد است. این روش شامل استفاده از یک کوره اکسیژن پایه (BOF) برای تولید فولاد است که سپس نورد شده و به میلگرد تبدیل می‌شود. در روش کوره اکسیژن پایه (BOF) از سنگ آهن، کک و فولاد قراضه به عنوان مواد اولیه اصلی استفاده می شود. 

روش های تولید میلگرد در سایر کشورها

روش تولید میلگرد ممکن است در هر کشور متفاوت باشد. برای مثال در ژاپن تولید میلگرد با استفاده از چندین روش انجام می‌شود که عبارتند از:

•  عملیات ترمو مکانیکی (TMT): روش TMT فرآیندی است که در آن میلگرد به صورت کنترل شده گرم و سرد می شود تا استحکام، شکل پذیری و چقرمگی آن بهبود یابد. میلگردهای TMT در ژاپن بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند و به دلیل کیفیت بالا شناخته شده‌اند.
• فرآیند خنک‌سازی کنترل‌شده: فرآیند خنک‌سازی کنترل‌شده یکی دیگر از روش‌های مورد استفاده در ژاپن است که شامل خنک‌کردن میلگرد با سرعت خاصی برای بهبود استحکام و شکل‌پذیری آن است.
• فرآیند سطح آجدار: فرآیند سطح آجدار شامل نورد کردن میلگرد با سطح آجدار برای افزایش استحکام باند آن با بتن است.
• فرآیند کوئنچ و خود تلطیف (QST): فرآیند QST روشی است که شامل گرم کردن میلگرد و سپس خاموش کردن آن با آب برای بهبود استحکام و شکل‌پذیری آن است.
• فرآیند کشش سرد: فرآیند کشش سرد روشی است که شامل کشیدن سرد فولاد برای بهبود استحکام و پوشش سطحی آن است.

این روش‌ها به طور گسترده در ژاپن برای تولید میلگردهای باکیفیت با خواص مکانیکی بهبود یافته استفاده می‌شود که مطابق با استانداردها و مقررات سختگیرانه صنعت ساختمان در ژاپن است. این روش‌ها توسط استانداردهای بین المللی به خوبی شناخته شده اند و به طور گسترده در بسیاری از کشورها استفاده می‌شوند توجه به این نکته ضروری است که روش تولید انتخاب شده توسط سازنده به تجهیزات و قابلیت‌های خاص آنها و همچنین مشخصات مورد نیاز پروژه بستگی دارد. همچنین دو روش اصلی برای تولید میلگرد در اروپا وجود دارد:

• روش سنتی: این روش شامل استفاده از کوره اکسیژن پایه (BOF) برای تولید فولاد است که سپس نورد شده و به میلگرد تبدیل می‌شود. این روش به عنوان روش سنتی شناخته می شود زیرا سال هاست مورد استفاده قرار می گرفته و امروزه نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.
•  روش کوره قوس الکتریکی (EAF): در این روش از فولاد قراضه به عنوان ماده اولیه اصلی استفاده می شود که در کوره قوس الکتریکی ذوب می شود. فولاد مایع سپس تصفیه شده، نورد می شود و به میلگرد تبدیل می شود. این روش نسبت به روش سنتی سازگارتر با محیط زیست است زیرا از فولاد بازیافتی استفاده می‌کند و انتشار کمتری تولید می‌کند.

هر دو روش از فرآیند یکسانی برای نورد، برش و تکمیل میلگرد استفاده می‌کنند. علاوه بر این، پردازش ترمومکانیکی (TMP) نیز توسط برخی از تولیدکنندگان در اروپا به منظور بهبود ریزساختار و خواص مکانیکی میلگرد استفاده می‌شود. TMP فرآیند گرمایش و سرمایش کنترل شده است که قبل از نورد روی فولاد اعمال می شود تا خواص آن بهبود یابد. هر دو روش به طور گسترده توسط تولید کنندگان اروپایی استفاده می‌شود و بسته به کاربرد خاص، نیازهای تولید و نگرانی های زیست محیطی، مزایا و معایب خاص خود را دارند.