یکی ازهوشمندانه‌ترین فعالیت‌های صنعتی در دنیای امروزی (که هزینه‌های تولید بالا و منابع طبیعی کاهش یافته است) تولید سیم مفتول از ضایعات فلزی است. از آنجا که تولید سیم مفتول به‌طور سنتی وابسته به شمش‌های آهنی یا فولادی تازه است، قیمت تمام‌شده آن می‌تواند به‌شدت تحت تأثیر قیمت جهانی مواد اولیه قرار گیرد. در این میان، تولید سیم مفتول از ضایعات یک راهکار مقرون‌به‌صرفه، پایدار و قابل اتکا برای صنایع به شمار می‌رود. ضایعات آهنی، فولادی و فلزات غیرآهنی در کارخانه‌ها، پروژه‌های عمرانی، خودروهای فرسوده و دیگر منابع، در صورت بازیافت صحیح، می‌توانند به راحتی به مفتول تبدیل شوند.
صرفه‌جویی در هزینه‌های مواد اولیه، کاهش مصرف انرژی نسبت به تولید از سنگ‌آهن خام، امکان بهره‌برداری از زنجیره تأمین داخلی ضایعات، و همچنین کاهش اثرات زیست‌محیطی از جمله مزایای اقتصادی این روش است. در واقع، این فرآیند نه‌تنها کمک می‌کند تا هزینه‌های تولید کاهش یابد، بلکه به دلیل کمتر تمام شدن قیمت آن نسبت به قیمت مفتول نورد شده با مواد اولیه نو، فرصتی برای ورود به یک بازار رقابتی با سود مناسب فراهم می‌آورد؛ زیرا این بازار تقریبا اشباع شده و برای ورود به آن بدون داشتن مزیت رقابتی بسیار سخت است. به همین دلیل خیلی از افراد از جمله شما که در حال خواندن این مقاله هستید، علاقه‌مند روش تولید انواع مفتول از ضایعات هستند.
در این مقاله قصد داریم صفر تا صد فرآیند تولید سیم مفتول از ضایعات را بررسی کنیم؛ از جمع‌آوری و جداسازی ضایعات گرفته تا ذوب، نورد و کشش نهایی. اگر به دنبال راه‌اندازی یک خط تولید اقتصادی و پایدار هستید، یا می‌خواهید درک بهتری از چرخه بازیافت فلزات در صنعت داشته باشید، این مطلب برای شماست. اگر می‌خواهید دسترسی سریع به آموزش داشته باشید و مقدمات را نخوانید، اینجا کلیک کنید اما پیشنهاد می‌کنیم برای درک کامل مطلب با ما به ترتیب عناوین این مطلب همراه باشید.
سیم مفتول چیست و چه کاربردی دارد؟
سیم مفتول (Wire یا Wire Rod) نوعی فرآورده فلزی نازک و بلند است که معمولاً به‌صورت کلاف‌پیچ تولید و عرضه می‌شود. این محصول از نورد گرم یا کشش سرد فلزاتی چون فولاد، مس، آلومینیوم یا آهن تولید می‌گردد. سیم مفتول نقش حیاتی در بسیاری از صنایع دارد. از کاربردهای رایج آن می‌توان به ساختمان‌سازی (آرماتوربندی، قالب‌بندی)، کشاورزی (حصارکشی)، تولید فنس، قطعات صنعتی، صنایع برق، جوشکاری، بسته‌بندی صنعتی و حتی صنایع دستی و هنری اشاره کرد.
انواع سیم مفتول
- مفتول سیاه (آنیل شده): کاربردهای زیادی در ساختمان سازی دارد.
- مفتول گالوانیزه: مفتول سیاه طبق یکی از دو عملیات سرد یا گرم، دارای روکش گالوانیزه محافظتی می‌شود و برای مصارفی مثل تولید فنس که مقاومت در برابر رطوبت در آن اهمیت دارد مناسب است.
- مفتول مسی و آلومینیومی: عمدتا در کابل سازی و برق رسانی کاربرد دارند.
- مفتول فنری (پرکربن): ساخت فنر یا قطعات مقاوم به کشش
- مفتول استیل
آیا می‌توان تمام این انواع را از ضایعات تولید کرد یا نه؟ باید گفت: در بسیاری از موارد بله؛ به شرطی که فرآیند تفکیک و پالایش اولیه ضایعات به‌درستی انجام شود. مثلاً ضایعات آهن یا فولاد برای تولید مفتول سیاه و گالوانیزه کاملاً مناسب‌اند. باقی موارد نیز تولید از طریق بازیافت و ضایعات امکان پذیر است اما برای حفظ کیفیت، نیاز به کنترل دقیق‌تر در مراحل تفکیک و ذوب و آلیاژ سازی است.
آموزش تولید مفتول آنیل شده از ضایعات فلزی
مواد اولیه و ترکیب شیمیایی
ماده اولیه این فرایند معمولاً ضایعات آهن و فولاد (ضایعات کلاف میلگرد، ضایعات ماشین‌سازی و ورق) است. فولاد پایه دارای کربن کم (کمتر از حدود ۰٫۱۰% C) و مقادیر اندک منگنز (حدود ۰٫۳۰–۰٫۵۰%) است. به عنوان مثال، مفتول سیاه آنیل‌شده معمولاً با استاندارد فولاد AISI 1008 تولید می‌شود که کربن آن حداکثر ۰٫۱۰% و منگنز حدود 0.30 الی 0.50 درصد است. دمای ذوب فولاد کربنی تقریباً ۱۵۰۴ درجه سلسیوس است.
بسیاری از تولیدکنندگان بزرگ بین المللی، تمام تولید خود را بر پایه بازیافت فولاد انجام می‌دهند و این نشان دهنده پتانسیل بالای این روش تولید در ایران است.
مراحل تولید
- جمع‌آوری و آماده‌سازی ضایعات: ضایعات فلزی خرد شده در این مرحله جمع‌آوری و از نظر عاری بودن از ناخالصی‌ها (مانند رنگ، چسب و…) کنترل می‌شوند. در صورت نیاز ضایعات با اسید یا مواد دیگر تمیز می‌شوند تا زنگ و آلودگی از بین برود.
- ذوب و ریخته‌گری: ضایعات آماده‌شده در کوره (معمولاً کوره قوس الکتریکی یا القایی) تا بالای نقطه ذوب (حدود 1600 درجه سانتی گراد) ذوب می‌شوند. فلز مذاب پس از تصفیه (گدازش فسفر/گوگرد) به طور پیوسته یا تناوبی در قالب‌های مخصوص به شمش یا بیلت ریخته‌گری می‌شود. در تولیدات بزرگ صنعتی از ریخته‌گری پیوسته استفاده می‌شود تا شمش‌های یکدست و با کیفیت تولید شود.
- نورد گرم (تولید میلگرد یا سیم کلاف): شمش‌های سرد شده (بیلت) مجدداً در کوره پیش گرم (Walking Beam Furnace) حرارت داده شده و وارد خط نورد گرم می‌شوند. در این مرحله با عبور شمش از غلتک‌های متعدد، مقطع آن به قطر ۴–۱۲ میلی‌متر نورد شده و سیم کلاف یا مفتول اولیه تولید می‌گردد. دمای نورد نهایی معمولاً تا حدود ۷۰۰–۸۰۰°C کاهش می‌یابد تا خواص مکانیکی مطلوب حاصل شود. این سیم‌های کلاف پس از نورد دوباره در صورت نیاز گرم از کوره خارج و کمی خنک می‌شوند.
- کشش سیم: برای رسیدن به قطر‌های کوچکتر محصول (مثلا مفتول سیاه 1.5 میل که بسیار محبوب است) نیاز است عملیات کشش انجام شود. این عملیات کشش علاوه بر کاهش ضحامت مفتول، طول و استحکام کششی آن را نیز افزایش می‌دهد.
- آنیلینگ: پس از کشش نهایی، سیم مفتول سرد و سخت شده نیاز به آنیلینگ (تنش‌زدایی) دارد. در این مرحله سیم وارد کوره آنیل می‌شود که در آن دمای سیم تا حدود 600 الی 700 درجه سانتی گراد بالا برده شده و سپس به آرامی سرد می‌شود. این دما بالاتر از نقطه دمای باز کریستاله شدن (دمای تبلور مجدد یا به انگلیسی Recrystallization Temperature) فولاد است و باعث می‌شود تنش‌های داخلی ناشی از کشش برطرف و سیم نرم‌تر و قابل‌انعطاف‌تر شود.
- مرحله پایانی: برخی از تولیدکنندگان، مفتول نهایی را روغن کاری می‌کنند تا اندکی مقاومت در برابر اکسید شدن تا زمان محدودی داشته باشد. سپس سیم مفتول سیاه در کلاف‌های استاندارد پیچیده می‌شوند.
روش تولید
در ایران دو نوع روش تولید مفتول از ضایعات وجود دارد. روش اول، تولید مقیاس بزرگ و یکپارچه با استفاده از کوره و ذوب کردن ضایعات است. تمامی مواد ضایعاتی پس از تفکیک و کنترل کیفیت، وارد کوره بزرگ شده و پس از ذوب شدن، بلافاصله ریخته‌گری پیوسته و نورد گرم انجام می‌شود. در این روش، دقت بالایی در کنترل کیفیت و بازدهی بالا در کل فرایند وجود دارد.
اما در روش دوم که در کارگاه‌های کوچک در ایران هم استفاده ار این روش متداول است، به جای ذوب ضایعات در محل، میلگرد‌های کلاف شده آماده به عنوان ماده اولیه خریداری می‌شود. این میلگرد‌ها بعد از اسیدشویی و پاک شدن از هرگونه آلودگی، بدون عملیات حرارتی یا ذوب، مستقیما وارد مرحله کشش می‌شوند تا به سیم مفتول نازک تبدیل شوند. به طور خلاصه این دو روش در جدول زیر نقایسه شده‌اند:
| ویژگی‌ها | روش ۱: تولید کامل از ضایعات | روش ۲: استفاده از میلگرد آماده |
|---|---|---|
| ذوب ضایعات؟ | دارد (با کوره) | ندارد |
| نیاز به کوره؟ | بله | خیر |
| بیلت تولید می‌شود؟ | بله | خیر |
| مواد اولیه چیست؟ | ضایعات فلزی | میلگرد کلاف‌شده آماده (نو یا ضایعاتی) |
| مقیاس | صنعتی یا نیمه‌صنعتی | کارگاهی، محلی |
اگر قصد تولید مفتول آنیل شده دارید، ما یک فایل چک لیست فنی کنترل کیفیت مفتول آنیل شده داریم که می‌توانید با استفاده از آن، مفتول با کیفیت از ضایعات تولید کنید.
مقایسه کیفیت مفتول تولید شده از ضایعات در دو روش فوق
آیا استفاده از میلگرد آماده (روش دوم) باعث کاهش کیفیت مفتول سیاه می‌شود؟ این سوال بسیاری از افراد است. پاسخ این است که اگر میلگرد با کیفیت باشد، افت کیفیتی وجود نخواهد داشت! با خریداری میلگرد از کارخانه‌های معتبر، مطمئن شوید میلگرد دارای کیفیت مکانیکی و ترکیب شیمیایی مناسبی است. برای استعلام قیمت میلگرد و مشاهده لیست کارخانه‌های معتبر در ایران، به صفحه لینک شده مراجعه کنید یا با ما تماس بگیرید.
در چه صورتی ممکن است در روش دوم افت کیفیت در مفتول به وجود بیاید؟ با فرض اینکه میلگرد با کیفیت خریده باشید، اگر در هنگام کشش کنترل کیفیت ضعیف باشد ممکن است با کشش ناهمگن مفتول نهایی مقطع بی ثباتی داشته باشد یا مشکلاتی مثل ترک خوردگی ، شکست یا پیچ خوردگی به وجود بیاید. ضمنا توجه داشته باشید که با اینکه در روش دوم عملیات ذوب و ریخته گری وجود ندارد، اما همچنان به کوره نیاز دارید تا بتوانید مفتول نهایی را با حرارت آنیل کنید؛ زیرا بدون آنیل شدن، مفتول سفت و شکننده خواهد بود.
تجهیزات مورد نیاز برای تولید مفتول از ضایعات
تولید این محصول نیازمند مجموعه‌ای از ماشین آلات سنگین و دقیق است:
- کوره‌های ذوب: کوره‌های قوس الکتریکی یا القایی، برای آن دسته از افرادی که قصد تولید مفتول از طریق ذوب ضایعات فلزی را دارند.
- دستگاه ریخته‌گری پیوسته: برای یکدست کردن و همگن کردن مواد مذاب و تبدیل آنها به شمش آهنی، نیاز به تجهیزات ریخته گری است (در روش 1 مورد نیاز است اما در روش 2 نیازی به این دستگاه نیست).
- کوره پیش گرم: در روش 1 برای گرم کردن شمش‌های آهنی و آمادگی مقدمات برای نورد گرم استفاده می‌شود.
- خط نورد گرم: در روش اول، شمش‌ها باید تحت عملیات نورد قرار بگیرند بنابراین به این تجهیزات نیاز است. در روش 2، چون از میلگرد آماده استفاده می‌شود، این عملیات از قبل در کارخانه تولید میلگرد انجام شده است.
- ماشین کشش سیم: دستگاه کشش سیم یکی از تجهیزات کلیدی در تولید مفتول آنیل‌شده است که وظیفه آن کاهش تدریجی قطر سیم با اعمال نیروی کششی کنترل‌شده است. در خطوط صنعتی معمولاً از دستگاه‌های چندطبله (Multi-Block Wire Drawing Machine) استفاده می‌شود که هر طبله (پولی کشش) یک مرحله از کاهش قطر را انجام می‌دهد. مدل‌های متداول ۵، ۷ یا حتی ۹ طبله هستند و بسته به نوع سیم و کیفیت نهایی، تعداد این طبله‌ها تعیین می‌شود. در این دستگاه‌ها، سیم از میان سوراخ‌های قالب‌های سخت (دای‌ها) عبور داده می‌شود و پس از هر طبله، قطر آن کاهش و طول آن افزایش می‌یابد. کنترل دقیق سرعت طبله‌ها، روانکاری کافی و خنک‌سازی قالب‌ها در این فرآیند حیاتی است، چرا که عدم یکنواختی یا افزایش اصطکاک می‌تواند منجر به شکست یا پارگی سیم در حین کشش شود. در نهایت، سیم با قطر نهایی دلخواه برای مرحله آنیل آماده می‌شود.
- کویلر (Coiler) و قرقره: برای جمع‌آوری و کلاف‌پیچ کردن سیم تولیدشده.
- کوره آنیل: کوره‌های صنعتی با کنترل دما و زمان مناسب برای آنیل سیم (می‌تواند نوع سینی کوره یا کوره کانوایری باشد).
- سیستم روغن‌کاری و پوشش‌دهی: مخزن یا دستگاه پاشش روغن روی سیم آنیل‌شده.
چند نکته مهم از جنس تجربه
ما در امروز آهن، سالهاست دارای خط تولید مفتول هستیم و تجربیاتی در این زمان بدست آورده‌ایم که در این قسمت قصد اشتراک گذاری با شما را داریم. به طور خلاصه، موارد زیر را که در نگاه اول شاید بی اهمیت به نظر برسند را جدی بگیرید:
- تمیز بودن کف سالن
- رعایت نکات ایمنی
- هیدراته ماندن کارگران و آگاهی از علائم گرما زدگی
- حفظ نظم محیط
تمیز بودن کف سالن از لغزش اپراتورها، آسیب به دستگاه‌ها و تجمع ضایعات فلزی جلوگیری می‌کند. نظم محیط به افزایش سرعت، کاهش خطا و افزایش بهره‌وری و ایمنی بیشتر در جریان تولید می‌شود. نکته مهم: عدم رعایت نکات ایمنی توسط کارگران، علاوه بر اینکه برای خودشان خطرناک است، برای شما به عنوان کارفرما می‌تواند تبعات سنگینی داشته باشد! طبق قانون کار در ایران، اگر کارگران شما دچار سانحه‌ای شوند، دچار خسارت مالی شدید خواهید شد.
امکان سنجی راه اندازی خط تولید مفتول در ایران (بررسی صرفه اقتصادی)
سرمایه‌گذاری در تولید سیم مفتول آنیل‌شده، بسته به روش انتخابی (صنعتی با ذوب ضایعات یا کارگاهی با کشش میلگرد) می‌تواند از نظر اقتصادی کاملاً متفاوت باشد. راه‌اندازی خط تولید صنعتی با کوره ذوب، ریخته‌گری بیلت و نورد پیوسته، نیازمند سرمایه‌گذاری بالا، نیروی متخصص و مجوزهای زیست‌محیطی است؛ اما در مقابل، هزینه تمام‌شده هر کیلو مفتول پایین‌تر و کنترل کامل بر کیفیت مواد اولیه فراهم می‌شود. این مدل بیشتر مناسب شرکت‌هایی است که به دنبال تأمین پایدار، ظرفیت بالا و صادرات هستند.
در مقابل، مدل کارگاهی که از میلگرد کلاف‌شده آماده برای کشش و آنیل استفاده می‌کند، هزینه راه‌اندازی و نگهداری بسیار کمتری دارد، سریع‌تر به سوددهی می‌رسد و نیاز به فضای زیاد یا نیروی متخصص ندارد. البته در این روش قیمت مواد اولیه (میلگرد کلاف) وابسته به بازار است و ممکن است حاشیه سود محدودتری داشته باشد. در مجموع اگر هدف تولید سریع با سرمایه پایین و بازگشت سرمایه کوتاه‌مدت باشد، مدل کارگاهی منطقی‌تر است؛ اما برای استراتژی‌های بلندمدت و برند‌سازی صنعتی، تولید از صفر با ذوب ضایعات توجیه بیشتری دارد.
جمع بندی تولید مفتول با ضایعات
در نهایت، انتخاب روش تولید مفتول آنیل‌شده باید بر اساس منابع، اهداف و توان سرمایه‌گذاری انجام شود. چه مسیر صنعتی با ذوب ضایعات و چه مدل کارگاهی با کشش میلگرد، هر دو می‌توانند سودآور باشند اگر با برنامه‌ریزی، کنترل کیفیت و درک درست از بازار همراه باشند. تمرکز بر بهره‌وری و کیفیت، رمز موفقیت در این حوزه است.