فرايند آنيل در صنعت سيم و کابل

اعمال کار سرد بر روي فلزات و آلياژهاي آن و انجام يک يا چند مرحله تغيير شکل پلاستيک اعم از نورد ، کشش ، اکستروژن و … بسته به مقدار تغيير شکل اعمالي ، ماده حالت اوليه را نداشته و استحکام ، سختي و شکنندگي آن افزايش و انعطاف پذيري و يا قابليت تغيير شکلش کاهش مي يابد . اين پديده که به کارسخت موسوم است ناشي از افزايش ممتد معايب کريستالي در اثر ادامه کار سرد مي باشد . بر اثر کار سرد انرژي داخلي فلز افزايش يافته و بنابراين از لحاظ ترموديناميکي ناپايدار مي گردد .

در پروسه آنيل کردن که يک درمان حرارتي براي رسيدن به خواص نهايي ماده است ، حرارت دادن باعث رفع معايب کريستالي موجود در فلز گشته و ساختمان کريستالي و خواص مکانيکي اوليه برگشته و ماده در حداقل سطح انرژي قرار مي گيرد .

روش هاي آنيل کردن

بطور کلي در صنعت سيم و کابل دو روش عمده براي آنيل کردن مفتول مس وجود دارد :

  • انباشتي
  • پيوسته

در نوع انباشتي مجموعه اي از مفتول هاي کشيده شده ( مثلا” تعدادي قرقره حاوي مفتول ) در داخل کوره آنيل حرارت ديده و سپس خنک مي شود . جهت جلوگيري از اکسيد شدن مفتول در حين گرما لازم است که محفظه داخل کوره عاري از هوا باشد . روش آنيل انباشتي امروزه به علل زير کمتر مورد استفاده مي باشد :

  • عمليات بسيار کند و وقت گير است .
  • مفتول هاي قرار گرفته در لايه هاي زيرين قرقره شرايط حرارتي متفاوت از مفتول هاي لايه بيروني داشته لذا مفتول در سرتاسر قرقره داراي درجه آنيل يکنواخت نخواهد بود .
  • تعداد قابل توجهي قرقره مراحل توليد در کوره و نيز مرحله خنک شدن انباشته مي شود .
  • عدم کنترل مناسب در کيفيت آنيل بخصوص در مفتول هاي نازک . آنيل شدن بيش از حد موجب چسبندگي مفتول هاي مجاور هم گشته که در نتيجه به هنگام باز شدن از روي قرقره سبب افزايش تنش وارده به سيم و بالا رفتن احتمالي پارگي مفتول در عمليات بعدي مي گردد . کمبود آنيل نيز حالت فنري به مفتول داده و خواص مکانيکي- الکتريکي مطلوبي براي مفتول تامين نمي نمايد .

در روش پيوسته آنيلر در حدفاصل دستگاه کشش و جمع کن قرقره قرار دارد لذا مفتول پس از کشيدن بلافاصله نرم شده و برروي قرقره انبار مي گردد . اين روش داراي مزاياي زير است :

  • سرعت توليدي بالا و کنترل مطلوب بر روي کيفيت آنيل .
  • سطح مفتول حاصله بسيار شفاف و تميز است .
  • لايه باقيمانده از مواد روانکاري کشش و غبار مس حاصله از مرحله نازک کاري در حين ورود مفتول داغ به مرحله خنک کاري منهدم و جدا مي گردد .

آنيل پيوسته مي تواند معياري براي اطلاع از چگونگي کيفيت مفتول باشد زيرا وجود ناخالصي در مفتول مي تواند به هنگام حرارت ديدن منجر به سوختن مفتول و پارگي آن گردد . اين حالت از ورود مفتول بي کيفيت به مرحله بعد جلوگيري مي نمايد . در روش هاي محتلف آنيل پيوسته دو نوع آن که آنيل مقاومتي و آنيل القايي است در صنايع مفتولي کاربرد گسترده تري دارند.

در فرآيند آنيل پيوسته نکات زير مي بايستي مورد توجه قرار گيرد :

  • اعمال ولتاژ مناسب به سيم در حال حرکت به گونه اي که جريان عبوري از داخل آن بدون وقوع قوس اضافي در نقطه اعمال ولتاژ به مفتول کافي براي نرم کردنش باشد .
  • خنک و خشک کردن مفتول پس از خروج از کوره آنيل .
  • ممانعت از نشت جريان به قسمت هاي مکانيکي سيستم آنيل همانند بلبرينگ ها و ياطاقان ها

 

در آنيل پيوسته به روش مقاومتي که پرکاربردترين روش در صنعت سيم و کابل مي باشد حرارت موثر براي آنيل کردن مفتول در اثر تلفات الکتريکي جريان عبوري از داخل مفتول بر اثر اعمال ولتاژ ايجاد مي گردد .در عمل توسط دو فلکه گردشي که مفتول با آن در تماس است جريان شديدي از داخل مفتول تحت ولتاژ کم عبور مي نمايد  . در اين روش سه منطقه مجزا از هم قابل تفکيک است :

  • ناحيه پيش گرم کننده
  • ناحيه کوره
  • ناحيه خنک کننده و خشک کننده

مفتول پس از خروج از ماشين کشش و پيش از ورود به داخل کوره اصلي ، حرارت اوليه را کسب مي نمايد که اين ناحيه را پيش گرم کن مي نامند . گرم کردن اوليه مفتول براي کاهش اثرات شوک حرارتي و احتمال سوختن مفتول در اثر عبور جريان زياد ناحيه کوره الزامي است . معمولا” در اين بخش مفتول تا دماي زير اکسيد شدن گرم مي شود .

پس از ناحيه پيش گرم کننده ، مفتول وارد منطقه کوره مي شود . در اين منطقه همان ولتاژ اعمالي در ناحيه پيش گرم کننده به مفتول اعمال مي گردد ليکن به علت کوتاه بودن مسير اين منطقه نسبت به ناحيه پيش گرم کن ، جريان افزايش مي بايد . بر اثر عبور اين جريان زياد درجه حرارت مفتول به حدود ۵۰۰ درجه سانتيگراد مي رسد که براي نرم کردن مفتول کفايت مي کند . مسير مفتول در اين منطقه در داخل محفظه اي مسدود قرار دارد که به جهت اجتناب از اکسيد شدن مس حاوي بخار آب و يا نيتروژن مي باشد .

پس از ترک ناحيه کوره مفتول ۱۸۰ درجه حول فلکه تماسي تحتاني کوره دوران نموده و جهت خنک شدن وارد محفظه حاوي آب خنک مي گردد .

در نهايت سيم براي اخذ رطوبت و خشک شدن توسط دميدن باد عاري از قطرات آب مي گردد .

بايستي توجه داشت که توان مورد نياز براي آنيل کردن مفتول با سرعت خطي آن نسبت مستقيم دارد . با توجه به اينکه توان الکتريکي با توان دوم ولتاژ متناسب است لذا ولتاژ اعمالي مورد نياز متناسب با جذر سرعت خطي سيم است .