قالب ریژه

ریخته گری مداوم و ریخته گری پیوسته چیست

ریخته گری مداوم و ریخته گری پیوسته چیست

 

ریخته گری شمش ها به طریقه تکباری از نظر مشخصات متالوژیکی ، تکنولوژیکی و تولیدی دارای نارسایی ها و نقایص عمده ای است که تبدیل شرایط انجماد و افزایش کمیت و کیفیت تولیدی را ایجاب می نماید و در هر یک از شاخه های متالورژی آهنی و غیر آهنی ، مهمترین مباحث تولیدی بر انتخاب بر آیند مطلوب  از سه عامل متالورژی ، تکنولوژی و اقتصاد قرار دارد . در شمش ریزی که به تولید محصول نیمه تمام می انجامد ، بسیاری از عیوب و نارسایی های تولیدی ، هنگامی مشخص می گردند که کار مکانیکی  نظیر نورد ، پتکاری ، پرس ، فشار کاری و … بر روی قطعه انجام گرفته است و کار و هزینه بیشتری صرف شده است و همین مطلب دقت و کنترل در تولید شمش ها را لازم می دارد .

خواص شکل پذیری مکانیکی آلیاژها ، مستقیماً  ” به نرمش Ductility  و تا و Strength   آنها بستگی دارد و این دو مشخصه نیز شدیداً ” تحت تاثیر ساختار شمش ، همگنی و یا ناهمگنی  دانه های بلوری ، مک حفره و جدایش قرار دارد . مهمترین مشخصات مورد لزوم در ساختار شمش ها عبارتند از

الف ) ریز بودن دانه ها

ب ) گرایش دانه ها از ستونی به محوری

پ ) همگن و هم اندازه بودن دانه ها

ت ) نازک بودن مرز دانه ها

ث ) همگنی شیمیایی و فقدان جدایش های مستقیم یا معکوس

ج ) کاهش مک انقباضی و نایچه

چ ) همگنی در اندازه ، شکل و پخش مک های انقباضی

ح ) کاهش  مک های انقباضی پراکنده

خ ) کاهش و حذف مک های گازی و ریز مک ها

د ) حذف و کاهش ترک های درونی و سطحی

ذ ) کاهش مقدار آخال و سرباره

از مباحث قبل و آنچه که در فصول مربوط به انجماد گفته شده است ، چنین استنتاج می گردد که عیوب و نارسایی های متالولوژی ، ناشی از فقدان شرایط لازم برای سرد کردن و قدرت سرد کنندگی قالب ها می باشد که نوع آلیاژ و شکل و اندازه شمش نیز در حصول به نتیجه دلخواه اثرات قابل توجهی دارند. از نظر تکنولوژیکی و تولیدی نیز ، کندی و آهستگی ، نیاز به مکان و فضای وسیع ، دور انداز و برگشتی ها ی شمش ( در هر دو قسمت فوقانی و تحتانی ) افزایش تعداد کارگر و محدودیت در اندازه شمش ، عوامل دیگری محسوب می شوند که روشهای تکباری را محدود و برای صنعت پویای امروز نا کافی میسازند.

تحلیل عملی معایب و نیاز روز افزون به افزایش تولید ، به اصلاحاتی در روش های تکباری منجر گردید که نیازمندی های علمیو تولیدی را کفایت نمی نمود. روش ریخته گری مداوم و یا شمش ریزی مداوم بر اساس سرد کردن مستقیم تختال یا شمشال ، با طول های تقریباً محدود و زمان بار ریزی  نامحدود  ، فرآیند جدیدی است که قسمت اعظم نیازمندیهای فوق را برآورده ساخته و گسترش تکنولوژیکی و متالوژیکی آن هنوز ادامه دارد .

هر گاه روش یا فرایند جدیدی وارد صنعت گردد ، سال های متمادی ، بدون آنکه طرح اصلی و مکانیسم عمده آن تغییرات فاحشی پیدا کند ، مشمول تحقیقات وسیعی از دیدگاههای مختلف می گردد که به تحصیل محصولاتب بهتر و برتر می انجامد ، مانند تغییر مواد قالب ، سیستم خنک کنندگی ، مبرد و آبگرد که در شمش ریزی تکباری انجام گرفته است . هنگامی میرسد که طرحی کاملاً جدید و فکری نو و سیستمی کاملاً‌ متفاوت ابداع و اظهار می شود . در این حال ، چنانچه روش جدید ، بتواند نظر محققان و تولید کنندگان دیگر را جلب کند و یا پیش بینی تحول های جدیدی بر آن مترتب شود ، مسید تحقیقات و بررسیهای به طرف سیستم جدید گرایش یافته و کلیات آنها در روش جدیدی متمرکز می گردند . بدیهی است گاه ممکن است یک نظریه و یا طرح جدید ، برای سالیان دراز مسکوت بماند ولی چنانچه آن طرح بر موازین علمی استوار باشد و شرایط لازم عملی را در نیازهای صنعتی پیدا کند از لابلای تاریخ علمی بیرون کشیده می شود .

تغییر روش شمش ریزی از تکباری به مداوم ، شاهدی بر بیان فوق است ، زیرا تا قبل از آشنایی با مزایای ریخته گری مداوم ، شاهدی بر بیان فوق است ع زیرا تا قبل از آشنایی با مزایای ریخته گری مداوم ، همواره تحقیقات در اجزاء روش تکباری از نظر قالب ، انداز ته سر ، روش سرد کنندگی ، سیستم آبگرد ، و نظایر آن بعمل می آید و موفقیت هایی را نیز ره دنبال داشت . پس از تدوین علمی و استخراج نتایج تولیدی شمش ریزی مداوم تقریباً بیشتر تحقیقات و هزینه های مربوط متوجه این روش گردید در حالیکه استفاده از روشهای شناخته شده تکباری هنوز در مقیاس وسیعی ادامه دارد .

شمش ریزی مداوم ، روش جدیدی است که هر جند ایده و طرح های اولیه آن به زمان بسمر “Bessemer”  و سال های ۱۸۴۰-۱۸۵۰ مربوط می شود ، ولی عمر کاربردهای صنعتی آن از ۵۰ سال بیشتر نیست . از طرف دیگر ، گشترش تکنولوژی جهانی  سبب شده است که تحقیقات و طرح های مستقلی در کشورهای جهان ارائه شود و تنوع فاحشی را در انواع روش های ریخته گری مداوم پدید آورد بطوریکه مجموع طرح های ثبت شده در این مورداز ۵۰۰ نوع نیز متجاور

 

مکانیسم سرد کردن

در حقیقت مهم ترین وجه تمایز روش های مداوم ریزی بر روش های تکباری ، سرد کردن سریع و گاه بدون واسطه شمش یا محصول است که عمده مختصات متالوژیکی از این مکانیسم ناشی می گردد . استفاده مستقیم از آب جاری ، آب فشان آب اتمیزه ( پودر شده ) ، مخلوط آب و روغن مهمترین روش های سرد کنندگی را حاصل نموده اند ، در این حال استفاده از قالب یا هر محفظه نگاهدارنده به منظور انجماد اولیه و ایجاد استحکام در پوسته لازم به نظر می رسد . در حقیقت تنوع قالب و مکانیسم های سرد کردن را نمی توان از هم تفکیک نمود از هم تفکیک نمود چه تاثیرات هر یک بر دیگری کاملاً به اثباط رسیده است . تاثیر قالب و یا هر محفظه نگاهدارنده در انجماد اولیه و تا و پوسته کاملاً شناخته شده است و در برخی از موارد کل انجماد در برخوردهای مذاب و قالب انجام میگیرد و قسمتهایی جزیی و درونی به سرد کنندگی شدیدی نیاز ندارند . در هر صورت حرارتی ، تاو ، و مقاومت به فرسایش و خورندگی در قالب ها از اهمیت ویژه ای برخور دارند . ولی در شمش های حقیقی عموماً سیستم سرد کنندگی ثانویه ، همراه با سیستم اولیه ” قالب ” شرایط تکمیلی فرایند انجماد را حاصل می کنند .

با توجه به آنکه شمش ها ة عموماً محصول نیمه تمام تعریف شده اند و همواره پس از ریخته گری تحت عملیات مکانیکی نورد ، پتکاری ، فشار کاری ة مفتول کشی و … قرار می گیرند ، در بسیاری از واحدهای تولیدی ، روش کار به گونه ای است که شمش قبل از سرد شدن کامل به قسمت نورد که در ادامه واحد ریخته گری قرار دارد منتقل شده و تمام و یا قسمتی از تغییر شکل بر روی آن انجام می گیرد . کاربرد همیشگی شمش ها در تغییر شکل ها و بخصوص تغییر شکل و نورد های منجر به تهیه ورق ، صفحه و تسمه باعث گردیده است که از نظر طراحی و تولیدی سعی شود که فاصله قسمت شمش ریزی و نورد کوتاه شده و حتی در هم ادغام شوند همین موضوع به طرح های مداوم ریزی در قالب های دورانی متحرک ، تسمه ریزی و ورق ریزی مستقیم منجر گردیده که در همین فصل درباره آنها سخن گفته خواهد شد و در همین حال وجه تمایز کاربرد ریخته گری مداوم و یا مداوم ریزی با شمش ریزی مداوم  مشخص خواهد شد .

 

مکانیسم حرکت

بیرون کشی مداوم شمش یا صفحه از قالب ، طرح ها و روش های گوناگونی را پدید آورده است . در انواع طرح های موجود و ماشین های مورد استفاده می توان به دو روش اساسی اشاره کرد که بر مبنای قالب ثابت و قالب متحرک طراحی شده اند . در قالب ثابت ، بیرون کشی شمشال یا تختال ، متضمن استفاده  از سیستم های هیدرولیکی ، غلتکی و چرخ دنده  ای است در حالیکه در قالب متحرک ، حرکت نسبی قالب و شمش ، باعث می گردد که شمش یا صفحه در مراحل اولیه همراه با قالب و پس از زمان معین که به چرخه ” Cycle ” مربوط است توسط مکانیسم های دیگر بیرون کشیده شود .

 

مکانیسم جدا کردن و انتقال

در مداوم ریزی بر حسب طول شمشال یا تختال و یا تعیین زمان انجماد کامل قطعه ، فضای اضافی برای حرکت محصول لزوم پیدا می کند . هر گاه حرکت مستقیم عمودی یا افقی باعث گسترش فضای طولی یا عمقی گردد ، ممکن است تغییراتی را در جهت حرکت ایجاد نمایند . پس از آنکه طول لازم شمشال تعیین گردید ، بریدن و جدا کردن ، با وسایل مختلف برشی انجام گرفته و سپس محصول به قسمتهای دیگر انتقال می یابد . در تسمه ریزی و ورق ریزی ، برش قطعه با طولی معین لزومی نداشته و عموماً ” صفحات را ” قرقره ” نموده و برش و تعیین اندازه های مناسب در نورد انجام می گیرد .

 

تاریخچه تحولات در مداوم ریزی

مداوم ریزی رشته ای جدید در صنایع ریخته گری و ذوب محسوب می شود و آغاز تاریخ آن را عموماً ” به زمان ” هانری بسمر ” Bessemer ” و سال ۱۸۴۶ مربوط می سازند ، در حایکه در این مورد اختلاف نظرهای جزیی نیز وجود دارد و برخی G.Sellers  در سال ۱۸۴۰ و عده ای  John Laing  در سال ۱۸۴۳ را پایه گذار صنایع مداوم ریزی محسوب داشته اند . مسلم آنکه بسمر در سال ۱۸۴۶ ، عقاید و اصول طرح را حداقل به مدت ۳۰ سال بدون توجه بر کنار ماند ، امروزه می توان مادر صنعت صفحه ریزی و تسمه ریزی و حتی شمش ریزی مداوم دانست که بدون نیاز به قالب معین و معمول ، مستقیماً ورق یا تسمه را تولید می کند .

طرح بسمر بر اساس بار ریزی در بین دو غلطک آبگرد و بیرون کشی ورق یا تسمه قرار داشت . نکته مهم در طرح بسمر ، ترکیب و تلفیق مناسب و توامی ریخته گری و نورد می باشد و بدینگونه بسمر در مقیاس کوچک تولیدی به تهیه ورق دست یافت که از نظر اقتصادی و تجهیزات تولیدی زمان نمی توانست مورد توجه قرار گیرد بسمر معتقد بود که روش نورد شیشه در حال خمیری می تواند بسهولت برای فلزات زود ذوب نظیر سرب و قلع به کار برد و آزمایشات خود را را بر این اساس شروع نمود و حدود ۱۰ سال بعد موفق به تهیه ورق اهنی به طول یک متر گردید .

روش بسمر در سال ۱۸۷۲ بوسیله W.Wiknson و Ge.Taylor‌ و در سال ۱۸۷۴ بوسیله Goodale J. با طرح ماشین تسمه ای و بارریزی در فاصله بین دو نوار فولادی تغییر گردید و در سال ۱۸۸۵ توسط Lyman  به بارریزی بین تسمه و غلطک    ( فولادی ) تبدیل یافت ، در سال ۱۸۷۹ توسط Tasker‌روش جدیدی را که به جای تولید ورق و تسمه به تولید شمشال و تختال می انجامید پایه گذاری نمود که از آن به عنوان اولین نمونه های شمش ریزی حقیقی یاد می شود . در این روش مذاب در یک قالب باز با سیستم آ بگرد ریخته شده و با رریزی و بیرون کشی قطعه مداوماً انجام می گیرد. روش تاسکر توسط دیگران و از جمله Trots در قرن نوزدهم و توسط jonghouns و Rossi‌و kondic و walone ‌ در سالهای ۱۹۳۰ و ۱۹۵۰ تعقیب و اصلاحیه های یا تغییراتی بر آن مترتب گشت که امروزه تحت عنوان شمش ریزی مداوم و نیمه مداوم یکی از مهمترین روش های تولید شمش را در بر می گیرد .

در سال ۱۸۹۸ H.W.lash  روش جدید شمش ریزی مستقیم از کوره را ابداع نمود که توسط Eldred و بسیاری دیگر از پژوهشگران تعقیب گردید . این روش تحت عنوان شمش ریزی بسته یا افقی  Closed Mould c.c.‌ مورد استعمال متعدد یافته است . تاریخچه مختصر فوق نمایانگر  آن است که فقط تا سال ۱۹۰۰ تکنیک و روش های متفاوتی در مداوم ریزی پدید آمده است . و تکامل و گسترش تکنیک و روش آن هنوز ادامه دارد ، نمایی از روش های متفاوت تلخیص شده است که در هر صورت مجموعه روش های موجود را می توان به صورت زیر دسته بندی نمود

اول ) مداوم ریزی در قالب های متحرک و دوار تسمه ریزی روشهای بسمر لیمال و …

دوم ) مداوم در قالب های ثابت باز با سیستم آبگرد و عموماً خنک کنندگی ثانویه که شمش ریزی در قالب و یا به اختصار شمش ریزی مداوم نامیده می شود .

روش های تاسکر و تروتس  و …

سوم  )مداوم ریزی در قالب های ثابت بسته که قالب در قسمت تحتان کوده  ذوب قرار گرفته است . روشهای Atha . Eldred‌

چهارم) روش مستقیم با بیرون کشیدن ورق میله از پاتل مذاب ‍ روش Lash‌ و..

با ید توجه داشت که گروه بندی فوق پایان یافته نیست و به گونه ای در آخر همین فصل اشاره خواهد شد . روشهای جدید دیگری نیز در تولید بکار می رود که هنوز وسعت کافی نیافتهاند علاوه بر آن هر یک از گروههای چهار گانه فوق خود نیز به دسته های کوچکتر تقسیم شده ند  که به طور اختصار و در حد یک شناسایی مقدماتی معرفی می شود.

 

مداوم ریزی در قالب های متحرک ( تسمه ریزی )

این روش را که باید به عنوان مادر صنایع مداوم ریزی محسوب کرد با طرح بسمر آغاز گردید و اینک تحول فراوان یافته است و دسته های متعدد و مجزایی بوجود آمده که از نظر مکانیسم سرد کنندگی و قالب و زمینه های کاربردی تفاوت هایی را یافته اند . تقسیم بندی زیر بر اساس نوع قالب متحرک و ریختن مذاب در فاصله

دو غلتک                                            Rolls

دو تسمه                                  Endless Belt

دو نوار مفصلی               Moving split mould

تسمه و غلتک ( چرخ )   Belt and grooved roll

انجام یافته است از طرف دیگر با توجه به آنکه محصول کار این ماشین ها عموماٌ به صورت نهایی ورق ، تسمه و گاه مفتول عرضه می گردد ، از نظر دستگاهها نیز می توان این گروه را به دو دسته بزرگ ماشین های ریخته گری نواری – تسمه ریزی و ماشین های نورد بدون شمش دسته بندی کرد در هر دو صورت شناسایی انواع روش ها به ایجاد و ابداع طرح های جدید و یا کاربرد طرح های موفق خواهد انجامید که در این کتاب دسته بندی نوع اول تعقیب خواهد شد .

 

دسته اول : نورد بدون شمش یا تسمه ریزی بین دو غلتک

بسمر در سال ۱۸۴۶ طرحی را مبنی بر بار ریزی مداوم بین دو غلتک ارائه نمود که از نظر شرایط تکنولوژیکی و کمبود سیستم های کنترلی مورد توجه واقع نشد . و بسمر نتوانست بر مشکلاتی که در جریان تولید بوجود می آورد فائق آید یا آنهارا توجیه کند .

 

 نکات حائز اهمیت در طرح بسمر عبارتند از:

الف ) روش بارریزی فوقانی درفاصله بین دو غلتک

ب  ) دو غلتک فولادی که میان آنها آب جریان دارد و افزیش سرعت سرد کردن باعث تشکیل سریع پوسته جامد اولیه می گردد

پ  ) بیرون کشی تسمه که توسط حرکت غلتک های اولیه و غلتک ها و چرخ های ثانویه انجام می گیرد.

غلتک های ثانویه در گسترش های بعدی می تواند عمل نورد و کاهش ضخامت تسمه را نیز انجام دهد . غلتک های اولیه که عملاً نقش قالب را بر عهده دارند از فولاد انتخاب می شوند و بدیهی است که محاسبات متالوژیکی و مهندسی طرح این غلتک ها نسبت به غلتک های نورد تمایزات و اختلافات ویژه ای را دارار هستند که اهم وجوه تماز آنها عبارت است از :

۱)انتخاب مواد مناسب آلیاژی از نظر مقاومت در مقابل ماده مذاب و کاهش احتمال خردگی و فرسودگی ترکیبی .

۲)مقاومت کافی در مقابل نوسانات حرارتی و خستگی حرارتی بدلیل آنکه پوسته غلتک همواره از یک طرف  با مذاب و درجه حرارت نسبتاً بالا و از طرف دیگر با آب جاری در تماس است .

۳)تحمل نیروی کمتر ، به دلیل آنکه تغییر شکل فلز مذاب یا خمیری همواره نیروی کمتری لازم دارد و در نورد معمولی ، تغییر شکل جامد ، فشار بیشتری را بر غلتک اعمال می کند .

در سال ۱۸۹۰ E.norton و J.Hodgson  کوشش های وسیعی را آغاز کردند که با تغییراتی در سیستم بارریزی و طرح جدیدی از غلتک ها و محاسبه شکاف بین آنها همراه بود . و این کوشش ها نیز به دلایل نارسایی های فراوان با موفقیت روبرو نگردید نیاز به ورق و تسمه و احتیاج روز افزون به محصولات تمام شده یا نیمه تمام آهنی وغیر آهنی در طول و پس از جنگ جهانی اول باعث گردید که این طرح مجدداً مورد مطالعه جدی قرار گیرد . G .Hazelett در سالهای ۳۶ و ۱۹۳۵ طرح عملی خویش را مبنی بر تولید فلزات غیر آهنی اجرا نمود و بعد ها همین طرح را با تغییراتی بمنظور تهیه ورق و تسمه فولادهای کربنی نیز بکار برد در این تهیه حلقه عمودی از فولاد کرم دارو به قطر تقریبی ۶ متر همراه با دو غلتک فولادی افقی عمل شکل دادن و بیرون کشی تسمه را انجام می دهند یکی از غلتک ها نگاه دارنده و دیگری گردنده است و به سهولت قابل خارج شدن و جاگذاری حلقه و تسمه می باشد . سرعت دوران برابر ۱۵۰میلیمتر بر دقیقه ( × ) انتخاب گردید ه بود و ” هازلت ” با این ماشین تسمه هایی از مس ، برنج و فولاد سیلیسی به ضخامت ۴/۰ میلیمتر و عرض ۷۵ میلیمتر تولید نمود که بنا به گزارش او سطح تمام شده بسیار خوب جدایش در آنها مشهود نبود .

جالب توجه است که طرح ” هازلت ” توسط یک آمریکایی به نام J.M.Merle

که در این زمینه مشغول تحقیقات بود به کمپانی های فروخته شد و هنگامی که هازلت از ادعای خود نسبت به حقوق طرح ، طرفی نبست مطالعه بر روی آنرا که در مقایس صنعتی با مشکلاتی نیز روبروبود کنار نهاد و درمورد روش های دیگر به مطالعه  و تحقیق پرداخت . در شوروی نیز از سال ۱۹۳۶ این طرح مورد توجه قرار گرفت و واحد تولیدی novo kramalor‌ بمنظور تولید انواع تسمه و ورق های فولادی در سال ۱۹۳۷ رسماً گشایش یافت در همین سال نیز Uliturtski‌ امکان تولید ورق های چدنی را اعلام نمود . جدیدترین و متحول ترین تغییران در طرح بسمر در سال ۱۹۵۷ بو سیله کمپانی Hunter – Eng – Regular   بعمل آمد و بوسیله این طرح ورق های آلومینیوم به ضخامت ۶ میلیمتر و به عرض تا یک متر و با سرعت تولیدی حدود ۵/۰ تا ۵/۱ متر در دقیقه تولید گردید ، این طرح به دلیل روش بارگیری از زیر و معکوس و از نظر مدل انجماد و کنترل نیروهای وارد بر پوسته اولیه نسبت به ماشین های قبلی متایز است . شکل ۶-۸ الف . این طرح بعد ها نیز تغییراتی یافت و در ایران نیز با روش بار ریزی افقی و تحت زاویه ۱۵ درجه در صنایع تولید ورق و زر ورق Foil‌  آلومینیوم مورد استفاده قرار گرفته است . ۶-۸ ب . در این ماشین محصول بریده نمی شود و در حول قرقره مناسب پیچیده می شود .

 

دسته دوم : تسمه ریزی بین دو نوار ( تسمه )

این طرح را که می توان به نام Goodale ‌ نامید در سال ۱۸۷۴  اعلام گردید ، بار مذاب در یک مسیر افقی در فاصله بین دو تسمه نقاله فولادی ریخه می شود و تسمه حاصل در همان مسیر احتمال نورد گرم را دارد . طرح فوق نیز نتوانست موفقیت مناسبی کسب نماید و تا سال ۱۹۳۷ کاربرد عملی نیافت ، در این سال دو نفر روسی به نام Y.Grudin و E.Frolov  ماشین خود را بر اساس طرح فوق و با تغییرات عمده ای ارائه نمودند که از ۴ نواز تسمه که با آب فشان سرد می شوند تشکیل می گردید .

بالاخره در سال های ۱۹۴۵ ، Hazelett  در آمریکا در دنباله مطالعات متعدد خود بر روی تهیه ورق های آلومینیوم و Goldoblin   در شوروی توانستند از این روش و با تکامل آن ، ورق شمش آلومینیوم به ضخامت ۶ تا ۲۲۵  میلیمتر و سپس ورق های نازک تر از مس و حتی فولاد را تهیه نمایند . تسمه های فولادی ، بوسیله تعداد  غلتک شکل مناسب را یافته و تسمه ریختگی حاصل نیز متعاقباً بوسیله غلتکهای فشاری نورد شده و با اندازه و ضخامت دقیق و کنترل شده تولید می گردند ، در این ماشینها ، عموماض از چند غلتک نگاهدارنده استفاده بعمل می آید و محصول پس از نورد فشاری اولیه در قرقره پیچیده و برای مراحل بعدی آملده می شود .

 

دسته سوم : میله ریزی مداوم

این روش هر چند که بوسیله A.Mattes‌ و H.W.Lash‌ در سالهای ۱۸۸۵ پایه گذاری گردید ولی تا سالهای ۱۹۲۰کاربرد صنعتی پیدا نکرد . Mellen‌ در سالهای ۱۹۱۳ تا ۱۹۲۵ موفق گردید که میله ریزی مداومی از برنج  و با قطر های حدود ۲۰ تا ۳۵ میلیمتر را ابداع نماید و در نتیجه به نام وی مشهور گشت ، طرح اولیه متعلق به Lash‌ و ، ‌طرح Mellen  نشان داده شده است . قالب های دو تکه از چدن و با ابعاد۱۳۲× ۱۲۵×۷۵ میلیمتر بر روی نوار زنجیر نصب می گردند . دونیمه قالب به گونه ای  طراحی می شوند که در حد اتصال مقطع کامل شمش یا میله مورد نظر را نمایان سازند مذاب در داخل محفظه قالب ریخته می شوند و قالب و فلز مذاب تؤاماً حرکت کرده و در قسمت انتهایی و پس از انجناد میله قالبها باز شده و میله خارج می گردد .

مشکلات اساسی این روش در جفت نشدن کامل قالبها و دوام کم آنها در اثر تغییرات حرارتی گزارش شده است ، از نظر متالوژیکی نیز این روش بر شمش ریزی تک باری امتیاز ویژه ای ندارد زیرا انجماد دقیقاً در قالب انجام گرفته و هیچگونه نیرو یا انرژی اضافی بر گسترش انجماد تأثیر نکرده است هر چند طرح از نظر متالوژیکی خصوصیات بارزی را در بر نداشت ، ولی به دلیل اقتصادی و تولیدی ، محققین بسیاری این روش را تعفیب کردند . در سال ۱۹۳۰ نیز یک فرانسوی بنام Chantrain  موضوع استفاده از هوای جامد را بعنوان قالب در این روش مطرح کرد که تا کنون در حد یک عقیده باقی مانده است . Akopoff‌ در سال ۱۹۳۳ ماشین میله ریزی خود را بر اساس جفت شدن اتوماتیک دو نیمه قالب طراحی نمود که این اصل بعد ها توسطHunter-Douglas‌ مورد استفاده قرار گرفت .

در هر حال ، طرح اقتصادی و عملی در این سیست م در حدود سال های ۱۹۵۰بو سیله Hunter‌ ، ابداع گردید و در مدت کوتاهی به طرح Hunter- douglas‌ اشتهار یافت  شکل ۱۰-۸ ، د ر این ماشین قالب ها از چدن های حرارتی انتخاب گشته و هر قسمت قالب دارای سیستم آبگرد درونی بوده و علاوه بر آنها ، حقت شدن قالب ها بطور اتوماتیک انجام می گردد . با توجه به ظرفیت ذوب ، میتوان چنیدن ردیف قالب را در یک ماشین نصب نموده و در یک زمان به تولید زیادی دست یافت . این روش در آبومینیوم ریزی و برنج ریزی بیشترین موارد استعمال را یافته است .

 

دسته چهارم : مداوم ریزی ( تسمه و میله ) بین غلتک و تسمه

سالیان متمادی ، تولید کنندگان ” مفتول لحیم ” از ریختن مذاب در شکاف قالب های گردان استفاده می کردند ، Lyman‌و Ellacott‌ اولین کسانی بودندکه روش مداوم ریز میله را با استفاده از حرکت تؤام غلتک و تسمه توصیه نمودند، ولی تا سال های ۱۹۳۷ – ۱۹۴۰ این روش هیچگونه کاربرد صنعتی و عملی پیدا نکرد . در روش های ابتدایی یک چرخ شیار دار با استفاده از نیروی دورانی بعنوان قالب بکار میرفت که عملاً با توجه به تولید میله های به قطر ۱۲ تا ۱۰۰ میلیمتر و بطول ۵/۱ متر ، می توانست مشمول شرایط مداوم ریزی باشد .

در سال های ۱۹۴۵- ۱۹۴۹ Properzi‌ ایتالیایی ، Pechiney  فرانسوی و مرکز آزمایشهای آلومینیوم در انگلستان ، ماشین های مداوم ریزی برای ساختن میلگرد و میله های سرب و روی ابداع نمودند که بسرعت برای آلومینیوم ، مس و حتی فولاد نیز بکار رفت .

قالب متشکل از یک چرخ شیار دار و یک تسمه دوار فولادی است که بر روی ۲ یا سه غلتک متکی شده است . از اتصال و جفت شدن تسمه و شیار ، شکل مقطع میله یا مفتول ساخته می شود چرخ شیار دار دارای مکانیسم آبگرد درونی است و تسمه نیز با آب خنک می شود . با تغییر مقطع شیار می توان تسمه و نوارهایی به عرض ۳۰ سانتیمتر و ضخامت ۵ تا ۴۰ میلیمتر نیز تولید نمود.

واحد بارریزی

تسمه دوار فولادی

تیغه برای جدا کردن محصول از قاب ( شیار )

قاب مسی چرخ ،

تسمه دوار

میله ریخته شده

۷ – نوار میله آماره برای برش یا قرقره پیچی

جدا از مسایل عمومی طراحی و ساخت ماشین و امکانات تولیدی که وجوه متمایز دسته های چهارگانه ماشین های تسمه ریزی و نورد شمش را در بر می گیرد ، کیفیت متالوژیکی و ساختاری انواع قطعات تولید شده در این روش ها متفاوت است .

در ماشین های دسته اول و به عبارت دیگر ماشین های غلتکی نورد بدون شمش ،‌به همانگونه که از متن استنباط می شود ، مشکلات فراوانی وجود داشته که اینک بسیاری از آنها مکشوف و حل گردیده اند. انتخاب مواد مناسب برای غلتک ها به دلیل تماس مستقیم با مذاب و نوسانات حرارتی ، فرسودگی سریع آنها و نیازمندی به بعمیر و تعویض و سرعت تولیدی نسبتاً‌کم ( حدود ۴۰ تا ۲۰۰ کیلوگرم بر دقیقه ) از اهم مشکلات تکنولوژیکی محسوب میشوند .

کیفیت ساختاری ، انواع تسمه و ورق درروش بسمر ، عموماً مطلوب تر و بهتر از روش های کلاسیک تهیه شمش و تولید ورق می باشد ، علاوه بر آن مشکلات ناشی از انقباضات مک های گازی و جدایش های ترکیبی به حداقل ممکن میرسد . سرعت انجماد ، همراه با اعمال فشار بر تسمه و یا ورق جامد و نازک بودن نسبی محصول باعث می گردد که ساختار ریز و تقریباً هنگن در تمام ضخامت تسمه بوجود آید و هر چه ضخامت کمتر باشد ، همگنی ساختاری بیشتر می گردد ،‌سرعت انجماد همچنین باعث افزایش ضخامت پوسته تبریدی گردیده و رشد دانه ها را محدود می سازد از طرف دیگر نتایج تجربی ، عیوبی را در این قطعات ثبت نموده است که شامل ترک های سطحی ، ذخامت غیر یکنواخت نازکی ،‌آخال های سطحی و زخمه ” scab  ” می باشند که مهمترین آنها ترک های سطحی است که از توزیع ناهموار درجه حرارت و توزیع ناهمگن مذاب در سطح غلتک ناشی می شوند . در سیستم های افقی ، اعمال فشار از دو طرف غلتک برابر نیست و در نتیجه ساختار دانه ها در قسمت های فوقانی و تحتانی تفاوت هایی را داشته اند که در صورت کاهش ضخامت تسمه به کمتر از ۱۰ میلیمتر ناهمگنی فوق به حداقل کاهش یافته و یا اصولاً حذف می شود .

فشار اعمال شده نیز باعث بروز برخی عیوب نظیر ترک ، زخمه و موئینگی ( Fin ) قطعه می گردد که با محاسبه و کنترل فشار در باریزی می توان آنها را کاهش داد . تو زیع هرچه وسیع تر و یکنواخت تر مذاب ، بوسایل مختلف نظیر ناودانک به طول مساوی با عرض تسمه و بهره گیری از روش های پا لایه و روبه گیری در پیاله بار زیز می تواند کلیه عیوب را تا حد بی ضرر تقلیل دهد. در هر حال ساختار میکروسکپی و ماکروسکپی تسمه های فولادی نشان می دهد که اندازه دانه ها در منطقه تبریدی و جداری با منطقه مرکزی برابر نیستند .

Hazellet ‌  اظهار می دارد  که به منظور حذف ناهماهنگی و نامگنی های ساختاری و ترکیبی بهترین روش آن است که فلز مذاب بر روی یک سطح بسیار سرد ریخته شود ( به حلقه فولاد در طرح هازلت توجه شود) و زمان و سرعت به گونه ای انتخاب شود که بیشترین ضخامت قطعه بر این سطح جامد شود و غلتک هافقط قسمت مغزی را تحت فشار قرار دهند و منجمد سازند لازم به تذکر است که طرح Hazllet ‌ در رقابت های تولیدی نتوانست موفقیت زیادی کسب نماید .

مشخصات فوق برای تمام دسته های دیگر گروه ماشین های تسمه ریزی مداوم ، از نظر انتخاب مواد ، کنترل انجماد و کنترل ساختاری به همان نسبت وجود دارد . بسیاری از مشکلات متالورژیکی و تولیدی در ماشین های جدید مرتفع شده است . اجزاء کمکی ، ناودانکهای مناسب ، کنترل اتوماتیک جریان بار ریزی و سایر کنترل های دقیق توانسته است که بهره گیری از این ماشین ها را در تولید ورق های فلزات غیر آهنی و بخصوص آلو منییم و میله های برنجی و برای تهیه انواع ورق های فولادیو فولادهای آلیاژی گسترش دهند .

 

قالب ساکن ( باز ) ” شمش ریزی “

گردش فرایند شمش ریزی و استفاده از قالب های کوچک روباز در جهت تولید انواع شمشه . شمشال و تختال را هرچند با تشابهات فراوان و اصول یکسان ، می توان در زمینه کاربرد آنان برای فلزات غیر آهنی و آلیاژهای آهنی دسته بندی نمود .باید توجه داشت که عموم روش هایی که به مداوم ریزی منجر شده اند اغلب درمراحل اول بر روی فلزات غیر آهنی و بخصوص فلزات زود ذوب آزمایش گردیده و سپس برای فلزات دبر ذوب و فولادها تعمیم یافتهاند به عبارت دیگر مداوم ریزی درمورد فلزات غیر آهنی ، همواره سریع تر از مداوم ریزی فولاد گسترش و تحول یافته است زیرا :

۱ ) کنتر ل ریخته گری فلزات غیر آهنی و بخصوص فلزات زود ذوب همواره آسان تر است .

۲ ) معمولاً میزان تولید فلزات غیر آهنی کمتر و عملاً شرایط کار فراهم تر است .

۳ ) در هر حال هر گونه گسترش و تحول بر روی مداوم ریزی و شمش ریزی بر اساس حل مشکلات ثابتی قرار دارد که در مورد فلزات غیر آهنی با سهولت بیشتر و سرعت بالاتر ی بعمل می آید . بسیاری از این مشخصات به رابطه فلز و قالب و خواص فلز مایع بستگی دارد که اهم آنها عبارتند از :

الف ) مکانیسم عمومی ماشین بر مبنای حرکت شمش یا قطعه در حال انجماد به عبارت دیگر تعقیب مدل انجماد در هر لحظه شرایط متفاوتی را ایجاب می کند که در مجموع انجماد قطعات در مداوم ریزی از فرایند انجماد ، روش های ثابت و تک باری بسیار پیچیده تر است .

ب ) تاو فلز در نزدیک نقطه ذوب  و یا استحکام پوسته جامد اولیه .

پ ) مکانیسم انتقال حرارت و عواملی که بیرون کشی شمش از قالب را محدود می سازد ، نظیر سیالیت مذاب ، طراحی قالب ، طراحی منطقه سرد کننده ثانویه و مکانیسم تشکیل تنش های داخلی .

با توجه به مطالب ارائه شده  و با تشریحی که در این فصل و فصول بعد به عمل خواهد آمد ، شمش ریزی مداوم و نیمه مداوم روشی است که شمشال و تختال جامد از داخل یک قالب که معمولاٌ به سیستم آبگرد مجهز است و طول آن از طول شمش ریخته شده بسیار کوتاه تر است بیرون کشیده می شود ، شمش ریزی نیمه مداوم به روشی اطلاق می گردد که مقدار بار ریزی و اندازه طولی هر شمش محدود بوده و پس از هر بار ریزی ، متوقف و آماده سازی دستگاه برای عملیات بعدی الزامی است .

در هر دو روش شمش ریزی مداوم و نیمه مداوم  و برای تولید شمش های فوالادی و یا آلیاژ غیر آهنی مشخصات و اجزاء ثابتی وجود دارند که تغییر در مکانیسم هر جزء تا کنون به ابداع طرح های متفاوتی منجر شده است . این اجزاء عبارتند از :

الف ) سیستم بار ریزی و کنترل سطح مذاب که از پاتیل ( A ) پیاله بار ریز ( B ) و محفظه ایمنی سر ریز ( D )  تشکیل یافته است .

ب) قالب ( C )  که عموماً از مس و جدن و یا گرافیت ساخته شده است و به سیستم آبگرد بیرونی و یا درونی مجهز است .

پ ) تجهیزات و سیستم خنک کنندگی ثانویه ( e ) به منظور انجماد کامل شمشال یا تختال با استفاده از جریان آب شهر ، آب فشان و …

ت ) مکانیسم و تجهیزات بیرون کشی شمشال از قالب که توسط غلتک ( F‌) میله ( j ) و میله کف بند  ( h   ) تشکیل یافته و با نیروهای هیدرولیکی ، مکانیکی و الکتریکی حرکت خواهند کرد .

ث ) تجهیزات جدا کردن ، بریدن و انتقال شمش متشکل از قسمت های K,O,G‌ که  در روش نیمه مداوم این قسمت تقریباً حذف می گردد .

اجزاء متشکله فوق می توانند از نظر طراحی کاملاً قائم بر روی هم نصب شود و یا به شرحی که گفته خواهد شد تحت زاویه قائمه ازحالت قائم به افقی تبدیل شود که هر یک موارد استفاده مناسب خود را خواهد داشت .

 

دسته اول : طرح های شمش ریزی برای فولادها

در این روش که بر اساس یک بنای کاملاً قائم طرح شده است ، تأ سیسات ساختمانی در دو یا سه طبقه ساخته می شود که معمولاً‌ یک یا دو طبقه آن در زیر زمین بنا می شوند .تا تسهیلات لازم برای انتقال پاتیل و بار ریزی فراهم شود .

در بررسی تاریخی ، اولین طرح بر مینای استفاده از قالب های آبگرد در شمش ریزی مداوم فولادها متعلق به TASK BAR   می باشد که در سال ۱۸۷۹ به ثبت رسیده است و نمی توان از آن به عنوان یک طرح تجربه شده یاد نمود . طرح تاسکر برای لوله ریزی تهیه شده بود و مطابق شکل ۱۵-۸ یک میله یا سنبه Mandrel  بعنوان ماهیچه و قسمت درونی قالب بکار می رفت . R.doalen  در سال ۱۸۸۷ ماشین شمش ریزی متشکل از قالب آبگرد ، پیاله بار ریز متحرک و غلتک بیرون کش طرح نمود و برای اولین بار منطقه خنک کننده ثانویه را بطور مستقیم در نظر گرفت . در سال ۱۸۹۵ .Trots  ماشین خود را بر اساس استفاده از قالب تکه و نازک ارائه نمود که از نظر صافی سطوح و استحکام بی نظیر می نمود . کاهش اصطکاک سطحی بین قالب و شمش جامد یکی از مشکلات عمونی شمش ریزی محسوب می گردد و در همین زمینه ، طرح های متعددی نظیر استفاده از قالبهای دوار دوتکه ، بهره گیری از حرکت ارتعاشی قالب و یا قالب های دوار به منظور کاهش ضرایب اصطکاکی ابداع و عرضه گردید .

تحقیقات Z.Janghans‌ و طرح های مختلف او نقطه عطف و مرحله برجسته ای در صنایع شمش ریزی محسوب می شود . او که به تحقیقات و پژوهش های خود در زمینه مداوم ریزی فلزات غیر آهنی اشتغال داشت در سال های ۱۹۳۰ و ۳۹ و ۱۹۴۵ تا ۱۹۵۱ ، تجربیات خویش را برای فولاد نیز آزمود و بالاخره موفق به تهیه حدود ۱۹۰۰ تن فولاد کم کربن فولاد زنگ نزن و فولاد نارام گردید . شمشال هایی به قطر ۱۰۰ تا ۲۶۵ میلیمتر و تختال هایی با مقطع ۲۴۵×۸۰  میلیمتر از محصولات ماشین های Janghans  محسوب می شدند . با تو جه به آنکه عمده تحقیقات او معطوف به فلزات غیر آهنی است لذا در قسمت بعد با تفصیل بیشتری درباره ماشین های Janghans‌ صحبت خواهد شد.

طرح های مختلف و ماشین های متعددی که در کشورهای مختلف جهان ارائه گردیده است ، بسیار وسیع می باشد ،‌بطوریکه فقط اشاره ای مختصر به آنها بیش از حد لازم در این کتاب می نماید . ماشین های نوع Janghans-Rossi‌ را می توان نمونه ای پیشرفته و کامل محسوب داشت که امروزه نیز موارد استعمال فراوان دارد. این طرح از تلفیق دو ماشین janghans ‌ و Rossi  توسط این دو محقق ابداع گردبد در حالیکه طرح Rossi   هنوز موارد استفاده محدودی دارد . در سال ۱۹۵۴ ماشین های Babcock-Wilox  مورد بهره برداری قرار گرفتند وجه تنایز این سیستم بر حرکت رفت و برگشتی شمشال در درون قالب قرار دارد و بدین ترتیب ضریب اصطکاک در بیرون کشی شمشال به مقدار زیادی کاهش می یابد . ماشین های با قالب های چند گانه وهم چنین ماشین مداوم ریزی و شمش ریزی “TsN11cher Metex ”  انواع جدید فولاد ریزی هستند که هر یک در کارخانه های مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند .

کارخانه ذوب آهن اصفهان ، دارای قسمت شمش ریزی مداوم فولاد است که بر اساس طرح کارخانه (NTMZ) Novo Iron  Steel  Works   بنا نهاده شده است . شکل ۲۰-۸ و همچنین نمودار دستگاه شمش ریزی کارخانجات نورد اهواز با قسمتهای وابسته به آن در شکل ۲۰-۸ مکرر نشان داده شده است .

 

ریخته‌گری پیوسته چیست؟

ریخته‌گری پیوسته (CC) فولاد یعنی شکل ‌دهی پیوسته و مستقیم فولاد مذاب به مقاطع فولادی نیمه نهایی مانند بلوم، بیلت و اسلب که در نتیجه تولید کندله (ingot) و پس از آن نورد آن در واحدهای نورد اولیه حذف می‌گردد.

پیشرفت‌هایی در ریخته‌گری پیوسته

مزیت‌های بکارگیری ریخته‌گری پیوسته در فولاد‌سازی‌ها را می‌توان به شرح زیر خلاصه کرد:

راندمان بالا: راندمان ریخته‌گری کنده به فولاد نیمه‌نهائی بین ۸۲ تا ۸۴ درصد است ولی راندمان در ریخته‌گری پیوسته که فولاد مذاب به محصول نیمه‌نهائی تبدیل می‌شود بین ۹۵ تا ۹۷ درصد است.

فرآیند ریخته‌گری پیوسته در مقایسه با ریخته‌گری کنده ۲۰ درصد از مصرف انرژی می‌کاهد.

با حذف فرآیند نورد در واحدهای نورد اولیه که در ریخته‌گری کنده ضروری است، فرآیند ریخته‌گری پیوست از صرف زمان و هزینه اضافی می‌کاهد.

کاهش نیروی کار در فرآیند ریخته‌گری پیوسته بهره‌وری را افزایش داده، شرایط محیط کار را بهبود بخشیده و از هزینه تولید می‌کاهد.

اگرچه مزیت ریخته‌گری پیوسته در دهه ۶۰ قرن پیش مشخص گردید، پذیرش آن در سطح جهانی به دو دهه طول کشید. در ابتدا حدود ۸۰ درصد ماشین‌های ریخته‌گری ماشین‌های عمودی بودند. اما تا دهه ۸۰ قرن گذشته ماشین‌های عمودی تغییر یافته و تقریباً ۹۸ درصد آن به ماشین‌های ریخته‌گری پیوسته تبدیل شدند که در حال حاضر به شکل قوسی یا خمیده درآمده‌اند.

در دهه ۱۹۶۰ حدود ۵ درصد تولید فولاد خام در جهان به صورت پیوسته ریخته‌گری می‌شد. اما هم‌اکنون به حدود ۹۵ درصد رسیده است. از سال ۱۹۹۳ تا سال ۲۰۰۹ رشد ریخته‌گری پیوسته در جهان در جدول شماره یک نشان داده شده است.

 

ریخته‌گری پیوسته در هند

تا اوایل دهه ۸۰ سال گذشته فولادسازان هندی به طور کامل علاقه زیادی به آشنایی و بکارگیری تکنولوژی ریخته‌گری پیوسته و فرآیندهای مدرن مرتبط با آن نداشتند. این یک حقیقت است که فرآیند ریخته‌گری پیوسته نیازمند سرمایه‌گذاری بالاتری نسبت به ریخته‌گری کنده است اما مزیت‌های ریخته‌گری پیوسته این فرآیند را در نزد فولادسازان کشورهای مختلف جهان محبوب کرده است. حتی در سال ۱۹۸۱ کشورهایی مانند برزیل، مکزیک، ونزوئلا، مصر و اندونزی به ترتیب ۴/۳۶، ۹/۳۱، ۲/۶۲، ۲/۶۶ و ۲/۷۰ درصد ریخته‌گری پیوسته را در صنایع فولادسازی خود به کار گرفتند. در مقایسه با کشورهای فوق هند تا سال ۱۹۸۱ از فناوری CC استفاده نمی‌کرد. در اوایل دهه ۱۹۹۰ هند اولین ریخته‌گری شمش و ریخته‌گری اسلب خود را نصب کرد. اما وضعیت در دو دهه اخیر کاملاً تغییر کرده و همه تولید‌کنندگان در حجم قابل ملاحظه‌ای تکنولوژی ریخته‌گری پیوسته (CC) را به کار گرفتند. هند نیز سال ۲۰۱۰-۲۰۱۱ توانست در فرآیند فولاد خام خود از ریخته‌گری پیوسته استفاده کند.

 

مشخصات کیفی محصولات ریخته‌گری پیوسته

محصول ریخته‌گری پیوسته نه تنها باید از نظر ابعاد دقیق باشد بلکه باید از جنبه کیفی نیز تنوع داشته باشد. از جنبه‌های کیفی آن می‌توان به تمیز بودن، نداشتن ترک سطحی و نداشتن ناخالصی‌ها مختصراً به شرح زیر اشاره کرد:

تمیزی: در ریخته‌گری پیوسته انجماد سریع فلوتاسیون محتویات غیرفلزی در رشته‌ها را نسبتاً به تاخیر می‌اندازد. این محتویات می‌تواند منتهی به تشکیل مناطق ضعیفی یا سستی گردد که در فرآیند بیشتر مشکلاتی را ایجاد می‌کند.

ترک: انواع ترک یا شکاف‌ها را می‌توان در محصولات ریخته‌گری پیوسته در سطح و عمق مشاهده کرد. معمولاً این ترک‌ها به دلیل اینکه در معرض هوا قرار گرفته و در طی نورد جوش می‌خورند در مواقعی باعث عیب و ایراد در محصول می‌شوند. معمولاً برای از بین بردن ترک‌ها از برش شعله‌ای یا سنگ‌زنی استفاده می‌شود اما این اقدامات می‌تواند از میزان تولید یا بهره‌وری بکاهد. تجمع ناخالصی‌ها یا عناصر محلول مانند کربن، منگنز، گوگرد و فسفر باعث به وجود آمدن خواص ناهماهنگی در محصول می‌شوند.

 

گاز محلول

وجود گازهای محلول مانند نیتروژن، هیدروژن و اکسیژن منتهی به تشکیل سوراخ‌های سوزنی‌شکل در طی فرآیند انجماد می‌گردد. حضور این گازهای محلول خصوصاً نیتروژن باعث معایبی در خواص مکانیکی فولاد ریخته‌گری پیوسته می‌شود.

طبق نظریه متخصصین فولاد، فولاد ریخته‌گری پیوسته می‌تواند در ترکیب معایب زیر را داشته باشد:

محصولات ریخته‌گری پیوسته با محتوی کربن در مرحله Peritectic مستعد ترک‌خوردگی بوده و در نتیجه شاید طبق استانداردهای کیفی خاص نباشد.

اگر نسبت منگنز و سولفور به نسبت کمتر از ۲۰ باشد ترک به وجود می‌آید.

میزان فسفر بالا قابلیت شکل‌پذیری بدون ایجاد ترک یا شکستگی (ductility) و استحکام فولاد را کاهش داده و درصد آن در اسلب فولادی باید کمتر از ۰۲۵/۰ درصد باشد.

ریخته‌گری پیوسته تغییرات چشمگیری در طرز فکر فولادسازان هندی به وجود آورده و فناوری ریخته‌گری پیوسته در کشور پذیرفته شده و نتیجه بهبود کیفی محصولات نهائی و توان رقابتی فولادسازان کشور را ارتقاء بخشیده است.

 

ریخته‌گری اسلب نازک

در اواخر دهه ۸۰ قرن پیش دور جدیدی از هیجان دنیای جهانی فولاد را فرا گرفت و آن دست یافتن به فناوری جدید معروف به ریخته‌گری اسلب نازک بود. ماشین‌های ریخته‌گری دهه ۶۰ و ۷۰ قرن پیش اسلب به ضخامت ۲۰۰-۲۵۰ میلی‌متر تولید می‌کردند اما ماشین‌های ریخته‌گری جدید اسلبی به ضخامت ۵۰ تا ۹۰ میلی‌متر تولید می‌کنند.

اولین کارخانه ریخته‌گری اسلب نازک در جهان کارخانه فولادسازی — در امریکا بود که در ژوئیه ۱۹۸۹ راه‌اندازی شد. فناوری به‌کار گرفته شده در آنجا تولید فشرده فولاد (CSP) نام داشت. این فرآیند توسط شولمن زیماگ آگ آلان ابداع شده که بین یک ماشین ریخته‌گری اسلب نازک با یک واحد نورد چند‌خطه برای تولید شمه نورد گرم با حداقل هزینه بدون هرگونه افت زیاد انرژی بین فرآیندهای ریخته‌گری و نورد، یک ارتباط مستقیم ایجاد می‌کند.

دومین کارخانه نورد ورق اسلب نازک در جهان تحت عنوان (TS/FR) که اولین نسل این فرآیند بود در ایتالیا در سال ۱۹۹۲ با تکنولوژی نورد تسمه هم‌خط (In-Line Strip) راه‌اندازی گردید. تکنولوژی تسمه هم خط توسط مانسمان و ماگ آلان طراحی شده است.

 

نسل دوم ماشین‌های ریخته‌گری اسلب نازک

دومین نسل ماشین‌های ریخته‌گری اسلب نازک در حد زیادی پیشرفته شده است و دارای چندین مشخصه جدید است. این مشخصات شامل ترمزهای الکتروگلنتیک، قالب نوسانی هیدرولیکی و سیستم کاهش‌دهنده ضخامت ماهیچه اسلب مذاب (LCR) می‌باشند. تمامی این مشخصه‌ها موجب کاهش هزینه و بهبود عمده در کیفیت محصول شده است.

انواع تکنولوژی‌های ریخته‌گری اسلب نازک (تکنولوژی CSP)

در فناوری تولید فشرده اسلب (CSP) اس‌ ام‌ اس آگ آلان (پیشرو در زمینه تکنولوژی اسلب نازک) ماشین ریخته‌گری می‌تواند اسلبی به ضخامت ۵۰ میلی‌متر تولید کند که در یک تونل (کوره متعادل‌کننده) گذشته و به‌طور مستقیم وارد قفسه نهائی یک واحد نورد تسمه گرم سنتی می‌شود. SMS با طراحی یک قالب قیفی شکل به یک دستاورد دست یافت که ورود نازل نیمه غوطه‌ور (SEN) را آسان‌تر می‌کند و در نتیجه موارد زیر بهبود می‌یابد:

قابلیت اطمینان زیاد از ریخته‌گری در سرعت‌های بالا (حداکثر ۶ متر در دقیقه) شار حرارتی یکنواخت در عرض و عمق قالب که یک کیفیت مطلوب در سطح در طول تسمه ایجاد نموده و تسمه با ضخامت کمتر از یک میلی‌متر به تسمه ۱۲۰۰ میلی‌متری ارجاع می‌شود. قالب قیفی‌ شکل ماشین ریخته‌گری CSP دارای یک نازل ورودی غوطه‌ور مطلوب است که می‌تواند موارد زیر را تضمین کند:

سطح یکنواخت قالب

تشکیل یکنواخت سرباره

شار حرارتی یکنواخت

اسلب خوب و سطح تسمه بدون هیچگونه ترک خوردگی طولی

۹۹ درصد قابلیت اطمینان بالای ریخته‌گری

یک بار حرارتی یکنواخت و بهبود عمر مفید پلیت‌های مسی

کنترل و جلوگیری از هرگونه توقف در سال‌های بعد با ابداعاتی در قسمت قالب و رهنمای رشته یا خط (Strand Guide) فناوری CSP بیشتر تکامل یافت.

برای تولید ورق‌های تسمه‌ای بسیار نازک و انعطاف‌پذیری در ضخامت اسلب نازک (با توجه به ضخامت نهائی در یک واحد CSP و نیز انجماد گلوله‌ای رشته) یک فرآیند کاهش ضخامت اسلب مذاب (LCR) از زیر قالب شروع شده و یک فرآیند کاهش نرم در فاز انجماد نهائی که قبلاً در کارخانه‌های مختلف CSP به‌کار گرفته شده است، اتفاق می‌افتد.

موسسه تحقیقاتی ورلد استیل داینامیک (WSD) تخمین زده بود که بر مبنای هزینه‌های سال ۱۹۹۹، هزینه تولید یک واحد فولادسازی با ظرفیت ۴ میلیون تن در سال حدود ۸۷۵ دلار در هر تن است در حالی که هزینه ساخت یک کارخانه CSP با ظرفیت ۵/۲ میلیون تن در سال ۲۰۰ دلار در هر تن برآورد شده بود.

فرایند تولید تسمه هم‌خط (ISP)

تکنولوژی تولید تسمه هم‌خط مانسمان دماگ آلان ابداع و ساخته شده است. این تکنولوژی می‌تواند اسلب ضخیم ۶۰ میلی‌متری را ریخته‌گری کند که در دو مرحله به شرح زیر این ضخامت کاهش پیدا می‌کند:

ابتدا، ضخامت اسلب توسط غلطک‌های در زیر قالب به ۴۰ میلی‌متر کاهش پیدا می‌کند.

ضخامت اسلب که کاملاً منجمد شده است توسط سه قفسه شکل‌دهی به ۱۵ میلی‌متر کاهش داده می‌شود که در نهایت ضخامت کلاف نورد گرم به ۷/۰ میلی‌متر تنزل پیدا می‌کند.

تحول بیشتر در فرآیند ISP استفاده از قالب‌های مستطیلی است که کیفیت سطحی را بهبود بخشیده است. سایر دستاوردها در این فرآیند، تکنولوژی پوسته‌زدائی با فشار بسیار قوی است.

 

مشخصه‌های اصلی فرآیند ISP که بهبود یافته است به شرح زیر است:

قالب زرونانس چندکاره

ریخته‌گری و نورد پیوسته با یک هسته یا ماهیچه مذاب

کوره مرکب القائی و مخزن حرارتی گازی

ایستگاه کلاف‌سازی و کلاف بازکنی برای تسمه‌های پیشرفته

نورد دو‌مرحله‌ای

نورد یکسره (بی‌انتها) برای تسمه‌های فو‌ق‌العاده نازک

تکنولوژی نورد اسلب نازک انعطاف‌پذیر دانیلی (FTSR)

ماشین ریخته‌گری اسلب نازک انعطاف‌پذیر دانیلی می‌تواند اسلب‌های به ضخامت ۳۰ تا ۱۴۰ میلی‌متر توسط قالب قوسی عدسی شکل با سرعت ۵/۰ متر یا ۶ متر در هر دقیقه تولید کند. این تکنولوژی را دانیلی ایتالیا ابداع کرده است که اسلب‌ها از یک کوره حرارتی عبور داده شده و سپس به یک واحد شش قفسه‌ای انتقال پیدا می‌کند. هدف این فناوری به شرح زیر است:

تولید تسمه‌های فوق‌العاده نازک و عریض و نازک، توسعه الگوی ابعادی انواع محصولات بدون کاهش راندمان

پایدار کردن شرایط نورد برای بهبود کیفیت و راندمان

حذف مشکلات مربوط به بهبود کیفیت و بهره‌وری و کاهش میزان شاخص Cobble نورد

 

فناوری TSP

در این فناوری نورد TSP یک ماشین ریخته‌گری اسلب واسطه دارد که ضخامت تولیدات آن بین ۷۵ تا ۱۵۰ میلی‌متر است و دو قفسه دوطرفه تسمه نورد گرم و کوره‌های گرمایشی کلاف در هر دو طرف نورد دارد که به یک ماشین ریخته‌گری متصل است. کیفیت سطحی آن خوبست چون سرعت ریخته‌گری آن آهسته‌تر است. این فرآیند انواع گریدهای کربنی را تولید می‌کند. در فرآیند TSP نیاز به سرمایه‌گذاری پایینی است چون نورد HS دارای دو قفسه است که کارخانه را فشرده‌تر و کوچک‌تر کرده و در نتیجه از میزان سرمایه‌گذاری زیر‌بنائی آن می‌کاهد.

تکنولوژی TSP دو نوع ظرفیت دارد. TSP I برای ظرفیت یک میلیون تن در سال و TSP II تا دو میلیون تن یا بیشتر برای تولید تسمه کیفی تا ضخامت یک میلی‌متر.

 

فرآیند Conroll

این فرآیند توسط فوست آلپیس اتریش ابداع شده است که اسلب به ضخامت‌های ۷۰ تا ۱۰۰ میلی‌متر تولید می‌کند. اسلب‌ها از کوره‌های کف گهواری (Walking Beam) عبور داده می‌شود. فرآیند Conroll مدعی است که ۳۰ درصد از مصرف انرژی می‌کاهد و در مقایسه با نورد HS 25 درصد از هزینه‌های ورودی‌های متالیکی و ۲۵ درصد از میزان سرمایه‌گذاری را کاهش می‌دهد.

 

فرآیند تولید تسمه کیفی (QSP)

این فرآیند را سومیتومی ژاپن طراحی کرده است که در این کار صنایع سنگین میتسوبیشی نیز همکاری داشته است. کارخانه QSP دارای دو کوره قوس الکتریک DC با الکترودهای دوقلو، دو ایستگاه متالورژی پاتیلی و دو ماشین ریخته‌گری دوخطه است. این فرآیند تسمه را تا ضخامت یک میلی‌متر نورد می‌کند و ضخامت اسلب آن بین ۷۰ تا ۹۰ میلی‌متر است.

 

تکنولوژی ریخته‌گری X اس ام اس زیماگ

تکنولوژی X-Cast از طریق ریخته‌گری اسلب هوشمند (ISC) کنترل می‌شود. این فرآیند در سال ۲۰۰۷ توسط اس ام اس زیماگ طراحی شده است که پاسخگوی نیازهای روز است. در شرایط کنونی تقاضا به شرح زیر برای فولادهای مخصوصی افزایش یافته است:

فولاد خط لوله برای لوله‌های با جداره ضخیم جهت کاربردهای دریایی

انواع گریدهای خطوط لوله

ورق‌های ضخیم برای کاربردهای مختلف

فولادهای آلیاژی با ترکیبی از نیوبیونم، تیتانیوم، واندیوم و یا کرومیوم، مولیبدینوم

غلطک‌های تفنگی آی‌استار ـ زیمنس فرست آلپین

این غلطک‌های ریخته‌گری جدید نوع خشک توسط زیمنس فرست آلپین طراحی شده است که نیازی به آب خنک کننده ندارد. این نوع غلطک‌ها محصولات کیفی تولید کرده و از نظر حفظ محیط زیست مطلوب است. این فرآیند به مرحله بهره‌برداری صنعتی ریخته‌گری اسلب در افریقای جنوبی و کره جنوبی رسیده است.

تولید شمش فولاد (بیلت) به روش ریخته گری مداوم (Continuous Casting) ، بطور گسترده ای در جهان استفاده میشود. یکی از علل پیدایش روش ریخته گری پیوسته ، تولید محصولات فولادی در مقیاس بالا و با سرعت و کیفیت بالا می باشد. در این روش ، باید از ماشین آلات ریخته گری مداوم (CCM) استفاده کنیم. این روش نسبت به روش تولید فولاد به روش کوره بلند بسیار به صرفه تر می باشد. ولی مستلزم به استفاده از ضایعات و قراضه آهن و استفاده از آهن اسفنجی می باشیم.

بطور تقریبی، ۹۶ درصد صنایع فولادسازی در جهان، از این روش استفاده میکنند. فولاد خام و آهن تولیدی که از روش ریخته گری مداوم تولید میشود، عاری از هرگونه ناخالصی و ناهمگنی در ساختار از لحاظ دانه بندی و آنالیز شیمیایی می باشد. که این مزایا، در صنعت فولاد بسیار مهم میباشد که باعث میشود که فولاد تولید شده به این روش، از کیفیت بالا و قیمت ارزان تری برخوردار باشد. روش ریخته گری مداوم (پیوسته) برای تولید اسلب و بیلت نیز بکار می رود. سپس بعد از تولید بیلت ساخته شده، میتواند به اشکال دیگری همچون نبشی فولاد تبدیل میشود.

 

ترک مرکزی، ریخته گری مداوم، اسلب

ریخته گری مداوم به عنوان یکی از مهمترین فرایندهای تولید ابداع شده در دنیا می باشد ، که نتایجی از قبیل بهبود در کیفیت ، راندمان ، بهره وری و صرفه اقتصادی را در محصولات فولادی به همراه داشته است. امروزه ، بالغ بر ۵/۹۵ درصد از تولید فولاد خام جهانی را به خود اختصاص می دهد. تولید با کیفیت مطلوب به همراه بهره وری بالا یک نیاز ضروری برای ماشین ریخته گری مداوم می باشد که تعیین فاکتورهای مهم احتمالی برای عیوب و اجرای مطمئن اقدامات پیشگیرانه ممکن به منظور ارائه یک فرایند ریخته گری عاری از عیب را ناگزیر می سازد.

یکی از مهمترین عیوب داخلی مشاهده شده در اسلب های فولادی Corten می باشد که در نزدیکی خط وسط اسلب ریخته شده ظاهر می شود که ناشی از افت حجمی یا انقباض مذاب در مرکز در هنگام تغییر حالت از مذاب به جامد و تغییر شکل خط نورد می باشد. این ترک ها می توانند در نتیجه تنش های حرارتی ایجاد شوند و از آنجایی که نرمی(داکتیلیته) فولاد در دمای بیش از ۱۳۰۰ درجه سانتی گراد تنها در حدود ۲/۰ تا ۳/۰ می باشد،  هنگامی که یک ناحیه از اسلب در ارتباط با نواحی مجاور  در معرض یک تغییر دمای ناگهانی از ۱۰۰ تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد قرار می گیرد این عیب به وجود می آید.

ترک ها و جدایش های آشکار در طول خط مرکزی اسلب های ریختگی اساساً ناشی از اعمال نوسانات در ابعاد اسلب به دلیل نامیزانی و/یا خمیدگی غلطک های تکیه گاه (support) در نقطه ای از خط نورد که انجماد نهایی در آنجا صورت می پذیرد ، می باشند. در نتیجه این ترک ها، خط مرکزی باز شده و از این رو در طی فرایند سرد کردن اکسید می شود و در نهایت در فرایند نورد ثانویه نیز بسته نخواهد شد.

فولاد Corten جزء دسته ای از فولادهای ساختمانی با نام دسته ضد فرسایشی می باشد که پایداری آنها در مقابل شرایط جوی با افزودن مقدار کمی از عناصر از قبیل مس ، فسفر ، نیکل و کروم بهبود یافته است. این فولاد با یک سرعت کمتری نسبت به فولادهای ساده کربنی زنگ می زند و تحت شرایط آب و هوایی مناسب می تواند یک لایه اکسیدی آهن هیداراته پایدار ایجاد کند که این لایه حملات بیشتر بر روی سطح را به تأخیر انداخته و از این رو برای شرایط آب و هوایی دشوار نیز مناسب می باشد. این فولاد دارای کاربرد وسیعی در واگن های راه آهن و کانتینر ها برای حمل مواد زائد می باشند. این طبقه از فولادها در فرایند ریخته گری مداوم به صورت اسلب تولید می گردند که به شدت در معرض ترک های مرکزی قرار دارند.

فاکتورهای مؤثر برای به وجود آمدن ترک مرکزی در اسلب های فولادی Corten عبارتند از

١  ) جدایش

٢  ) شرایط سرد کردن

٣  ) شرایط ماشین

۴  ) سرعت ریخته گری

 

جدایش

جدایش به معنی غیر یکنواختی ترکیب شیمیایی می باشد که ناشی از پس زدن جسم حل شده در محلول توسط مذاب در طی فرایند انجماد می باشد به طوری که جامد در مقایسه با مذاب دارای انحلال پذیری کمتری می باشد. همچنین افزایش حجمی عناصر رایج از قبیل کربن ، منگنز ، فسفر و گوگرد در فولاد می تواند منجر به اصلاح عیب جدایش در فولاد ها شود. حال آنکه جدایش در حد میکرو ناشی از تفاوت در ترکیب مذاب بین دندریتی و دندریت های بی اثر(inert) می باشد و جدایش ماکرو نیز با غیر یکنواختی ترکیب شیمیایی در مقیاس بزرگ در قسمت ریخته شده ارتباط مستقیم دارد.

فولادهای Corten دارای مقداری از کربن در حدود ۱۰/۰ درصد به همراه ۰۸۵/۰ درصد فسفر می باشند و از این رو در طی فرایند انجماد در این فولادها ابتدا مستقیماً فاز δ تشکیل می شود و در نهایت از طریق یک استحاله پریتکتیک  تبدیل به فاز γ  شده و این امر منتج به ایجاد یک افت حجمی یا انقباض در مذاب می گردد که به وسیله جریان ذوب باقیمانده به طور مثال ایجاد جدایش ماکرو ناشی از ضریب نفوذ بالای فسفر در فاز δ ، تقویت می شود. همچنین این اتفاق می تواند در نتیجه جابجایی فیزیکی مکان های جدایش ماکرو به دلیل حرکت سیال و کریستال های آزاد باشد. حرکت سیال به دلایل متعددی از قبیل تفاوت در چگالی ناشی از شیب حرارتی و غلظتی در مذاب که منجر به انتقال حرارت به صورت آزاد می شود ، تبادل حرارتی اجباری به دلیل همزدن از طریق حرکت دورانی گاز و پاشش جریان مذاب، کشش سطحی سیال رانده شده به نزدیکی سطح قالب و همچنین مکش مذاب از بخش بین دندریتی به علت انقباض فلز در طی فرایند انجماد که در اکثر موارد به وسیله تورم سطح فلز ناشی از عقب زنی غلطک ها یا تنش های جزئی در پوسته منجمد شده در نتیجه شیب حرارتی تشدید می شود، صورت می پذیرد.

به منظور کاهش جدایش و در نتیجه کاهش ایجاد ترک های داخلی ، یک منطقه متجانس پیشنهاد می شود. در مذاب، تعداد زیادی کریستال های کوچک شناور وجود دارد. هنگامی که فرایند فوق گداز کم می شود ، این کریستال ها شروح به رشد می کنند و در نهایت تشکیل یک منطقه متجانس یا هم محور را می دهند. بنابراین ، دمای فوق گداز باید تا حد امکان پایین باشد تا جدایش ماکرو کمتری در ناحیه مرکزی اتفاق بیافتد. این امر به طور وضوح تأثیر دمای فوق گداز را بر روی جدایش در راستای خط مرکزی و همچنین ایجاد ترک در این ناحیه را نشان می دهد .

با خمیدگی غلطک ، جدایش مرکزی تشدید می شود. زیرا ، غلطک خم شده ناشی از تنش حرارتی وارده بر آن به صورت غیر معمولی دوران می کند و از این رو به واسطه غلطک خمیده ، هنگامی که سمت محدب غلطک با سطح اسلب تماس پیدا می کند اسلب با یک کاهش چشمگیر در ضخامت مواجه می گردد و سبب جاری شدن فولاد مذاب باقی مانده شده که ممکن است سبب افزایش غلظت عناصر موجود در آلیاژ شود. همچنین ، جدایش در امتداد خط مرکزی در حالتی که اسلب دائماً در معرض نقصان ناشی از تماس با سمت محدب غلطک قرار دارد ، ممکن است به دلیل جاری شدن فولاد مذاب غنی شده به خارج ، این نقصان به طور موضعی اصلاح گردد ، از طرف دیگر در حالتی که اسلب به طور مکرر در معرض نقصان کمتر ناشی از تماس با سمت مقعر غلطک قرار داشته باشد ، به دلیل ریزش فولاد مذاب غنی به داخل و در نتیجه فشرده شدن فولاد مذاب در قسمت غلطک، جدایش می تواند با وخامت بیشتری همراه باشد و از این رو منتج به پراکندگی جدایش مرکزی در جهت ریخته گری می گردد.

 

شرایط سرد کردن

بازگرم کردن سطحی ، پدیده ای است که بر اساس اختلاف دمای بین سطح ریخته گری در زیر منطقه اسپری آب و دمای ثابت نسبی محصول ریخته شده در حدود ۲ متر پایین تر از قالب ، تعریف می شود. اندازه و تعداد ترک ها با اعمال بازگرم سطحی کمتر با کاهش مواجه گردیدند. اگر پاشش آب خنک کننده به طور یکنواخت و در یک فاصله طولی کوتاهتر اعمال شود ، موجب بازگرم قابل توجه و افزایش چشمگیر در ایجاد ترک ها می شود. این اتفاق ناشی از افت ناگهانی در میزان خروج گرما از سطح در نتیجه حرکت اسلب از منطقه اسپری آب به سمت منطقه خنک کننده تابشی ، می باشد. دما در خط مرکزی ناگهان کاهش می یابد و به یکباره تمامی گرمای نهان خود را از دست می دهد. خط مرکزی منقبض شده و در معرض تنش قرار می گیرد و همزمان در منطقه داکتیلیته کم منتج به ترک مرکزی می شود.

تشکیل ترک خط مرکزی می تواند به وسیله افزایش شدت خنک کنندگی اسپری برای سطح خط نورد در نقطه پایان انجماد، متوقف گردد. افزایش خنک کنندگی اسپری یک تأثیر سودمند را به همراه دارد، زیرا منتج به ایجاد یک پوسته خنک می شود که می تواند به طور مؤثر تری در برابر فشار فرواستاتیک مقاومت کند. خنک کردن اسپری با شدت بالا می تواند دندیرت های ظریفی را در اسلب ایجاد کند و از این رو باعث کاهش جدایش ماکرو و تشکیل ترک های داخلی گردد.

 

شرایط ماشین

این یکی از مهمترین عواملی است که بر روی تشکیل ترک در امتداد خط مرکزی مؤثر می باشد. فاصله نامناسب غلطک می تواند منتهی به برآمدگی پوسته جامد شود که ایجاد جدایش در امتداد خط مرکزی را تشدید می کند. اگر پوسته به بیرون متورم شود یک فضای خالی در منطقه مرکزی مذاب ایجاد می شود ، از این رو مکش مذاب بین دندریتی ناخالص را از منطقه خمیری اطراف یه منطقه مرکزی افزایش می دهد. تنظیم مجدد فاصله غلطک ها در ماشین ریخته گری مداوم منجر به کاهش ایجاد ترک های مرکزی در اسلب های تولیدی می شود. کرنش ایجاد شده که منتهی به تشکیل ترک می شود ناشی از برآمدگی وسیع سطحی به علت فضای کم بوده و معمولاً به دلیل اعمال نیروی حاصل از تورم بر روی مناطقی با نرمی کمتر در نزدیکی خط جامد در ناحیه مرکزی می باشد.

به طور کلی ، در تکیه گاه غلطک های ماشین ریخته گری اسلب یک سوراخ مرکزی برای خنک کردن اسلب به وسیله آب تعبیه شده است و این غلطک ها به طور متداول غلطک های گرم نامیده می شوند. این امر موجب می شود که سطح غلطک گرم شده در طی فرایند ریخته گری ، بیش از پیش در معرض خمیدگی قرار گیرد. همچنین ، تمایل غلطک به خمیدگی متناسب با توان سوم طول آن می باشد.

زمانی که اسلب گرم وارد فاصله بین دو غلطک می شود، در نتیجه فشار فرواستاتیک به کار برده شده ، یک تغییر شکل خمشی برای غلطک اتفاق می افتد. این خمیدگی در حدود ۱ میلیمتر می باشد و تقریباً ثابت باقی می ماند. به هر حال یک وقفه کوتاه (در حدود ۱ دقیقه) در فرایند ریخته گری به وجود می آید و اسلب متوقف می شود ( که ممکن است به علت برآمدگی ناشی از تنظیم نا مناسب دستگاه باشد) و غلطک نیز به دلایل حرارتی، به اندازه قابل توجهی نسبت به اسلب تاب بر می دارد. همراه با عقب زنی مجدد ، غلطک برای یک مدت زمان مشخص به طور غیر معمول می چرخد تا این که یک تعادل دمایی حاکم شود ، که بعد از آن غلطک به وضعیت خمیدگی ثابت باز می گردد. در توقف، غلطک های گرم مقدار بیشتری خمیده می شوند و مدت زمان طولانی تری برای بازگشت به حالت اولیه طول می کشد.به طور کلی ممکن است بازگشت به حالت اولیه در غلطک های گرم هرگز رخ ندهد. تنظیم ماشین نیز بر روی سایش غلطک ها به ویژه برای غلطک هایی با قطر کوچک به علت ترکیب تنش و خوردگی، بسیار تأثیر گذار می باشد.

با توجه به تأثیر تنش ناشی از برآمدگی بین غلطک ها و نامیزانی غلطک ها ، جانمایی مناسب غلطک بر حسب لزوم انجام می شود. همچنین از آنجایی که گام های تنگ در غلطک احتمال خمیدگی آن را کاهش می دهند و منجر به افزایش نامیزانی آن می شوند ،اعمال یک گام ((pitchمناسب در غلطک ضروری می باشد. زمانی که برآمدگی در هر گامی از غلطک رخ می دهد و به ناچار غلطک ها از تنظیم خارج می گردند ( در حقیقت بدیهی است که در برخی از غلطک ها می تواند صفر باشد) ، باید توجه بیشتری به ایجاد برآمدگی نمود.

 

سرعت ریخته گری

هرچه سرعت ریخته گری بالاتر باشد زمان کمتر برای خروج حرارت وجود دارد . بنابراین ، طول مذاب داخلی بیشتر شده و منطقه خمیری افزایش می یابد و ضخامت پوسته به محض خروج  از قالب که منتج به برآمدگی اسلب و جدایش ماکرو در مرکز اسلب می شود، کاهش می یابد. ریخته گری با سرعت کمتر منجر به ایجاد پوسته قوی تر می شود که می تواند در مقابل فشار فرواستاتیک مقاومت کرده و احتمال جدایش را کاهش دهد.  بهینه سازی سرعت ریخته گری ضروری می باشد به طوری که این سرعت نباید کمتر از یک محدوده معین بوده زیرا در غیر این صورت می تواند به طور جدی موجب کاهش تولید گردد.

 

تجربه کارخانه فولادهای آلیاژی

واحد صنعتی تولید فولاد آلیاژی در  Durgapurهند، مجهز به یک ماشین ریخته گری منحنی شکل منحصر به فرد اسلب و شمشه برای تولید اسلب در خطوط نورد تک خطه و دو خطه برای شمشه هایی برای انواع مختلف فولادهای آلیاژی می باشد. در طی دوره ای بین سال های ۹۷-۱۹۹۶ میلادی ، این واحد صنعتی با مشکلاتی در رابطه با ایجاد ترک هایی در امتداد خط مرکزی در اسلب های ریخته شده انواع فولادهای Corton مواجه گردید. این مشکل منتج به انجام مطالعات گسترده ای بر روی فرایند های مختلف ریخته گری و همچنین پارامترهای موثر بر ماشین گردید و به منظور تشخیص پارامترهای مؤثر برای ایجاد ترک در این نوع از فولادها، در حدود ۱۰۵ ذوب شامل اسلب هایی با ترک های مرکزی و بدون ترک های مرکزی ریخته شدند.

اینگونه مشاهده شد که با اعمال یک دمای فوق گداز متجاوز از ۴۰ درجه سانتی گراد ، به کار گیری ترکیبی از خنک کردن قالب به طور شدید (HMC) با جریان آبی با سرعت بیش از ۵۹۰۰ لیتر بر دقیقه یا خنک کنندگی قالب به طور معمولی (NMC) با جریان آبی با سرعت ۵۹۰۰-۵۲۵۰ لیتر بر دقیقه به وسیله یک خنک کننده اسپری ملایم (SSC) با مصرف آب مخصوص در حدود ۶۶/۰ لیتر بر کیلوگرم و همچنین فشار هیدرولیک در حدود ۷۰ تا ۷۵ بار در عقب زنی و فاصله بیشتر بین غلطک ها در بخش های (segments) 3 تا ۷ ، موارد ایجاد ترک مرکزی افزایش یافت. همچنین زمانی که میانگین سرعت ریخته گری ۸۰/۰ متر بر دقیقه بود، در هر دو مورد یعنی اسلب های سالم و یا دارای ترک مرکزی،  هیچ گونه تأثیری بر روی ایجاد ترک نداشت.

یکی از مهمترین عوامل مؤثر بر روی ایجاد ترکهایی در امتداد خط مرکزی ، فاصله زیاد بین دو غلطک در بخش های ۳ تا ۷ بود. در یک دستگاه ریخته گری ، ۵ غلطک در هر بخش وجود دارد که هر یک از آنها دارای غلطکی با قطر ۳۱۰ میلیمتر با استوانه ای با طول ۱۳۵۰ میلیمتر،  می باشند. غلطک ها در این قسمت ها دارای یک سوراخ در مرکز به همراه یک سیستم تعبیه شده برای خنک کاری غلطک ها در داخل آن طراحی شده اند. فاصله غلطک برای بخش های ۳ و۴ برابر با ۵/۱۷۴ میلیمتر ، برای بخش های ۵ و ۶ ،دقیقاً ۱۷۴ میلیمتر و در نهایت برای بخش ۷ برابر با ۵/۱۷۴ میلیمتر می باشد. در تمام غلطک ها ، تلورانس غلطک تحتانی به همراه بالشک (template) حداقل ۹/۰ میلیمتر و حداکثر ۱/۱ میلیمتر می باشد. همچنین حداکثر خمیدگی مجاز ۲ میلیمتر برای غلطک منفرد و ۳ میلیمتر برای غلطک های مرکب می باشد. بعد از ریخته گری و بررسی ذوب های با ترک مرکزی ، برامدگی آشکار و فاصله بالاتر غلطک ها در بخش ها به روشنی مشاهده شد. این امر واضح بود که خمیده شدن غلطک  ناشی از توقف ها در طی فرایند ریخته گری ( نقص دریچه های کشویی ، برآمدگی و …) بوده که موجب بالا رفتن دمای غلطک گردید، همچنین اعمال نا مناسب آب به منظور خنک کردن داخل غلطک ها منتج به تراوش آن در امتداد مفاصل چرخنده شد و در نهایت امکان کارکردن را برای یک دوره زمانی خاص بعد از ریخته گری نیافت. علاوه بر آنچه که ذکر شد ، عدم خارج کردن غلطک های فرسوده از روند تولید ، وارسی غیر منظم فاصله غلطک و تمیزکاری نامناسب ماشین موجبات افزایش فاصله غلطک را تشدید می کنند. نظارت منظم فاصله غلطک ، جلوگیری از ترواش آب در امتداد مفاصل چرخنده توأم با خنک کردن مستمر غلطک ها تا زمان توقف بخار، بعد از فرایند ریخته گری برای اطمینان از پایداری غلطک و بازرسی های دوره ای ماشین برای خارج کردن غلطک های فرسوده و جایگزینی آنها می تواند کمک شایانی به تولید اسلب هایی عاری از ترک های مرکزی کند.

همچنین افزایش شدت اسپری خنک کننده از مصرف آب مخصوص ۶۶/۰ لیتر بر کیلوگرم به ۸۰/۰ لیتر بر کیلوگرم کمک بسیاری به کاهش مؤثر ایجاد ترک در امتداد خط مرکزی در اسلب ها می کند. ترکیب روش خنک کنندگی ملایم قالب (SMS ) جریان آبی با شدت ۵۲۵۰ لیتر بر دقیقه که افزایش استحکام پوسته را تسهیل می کند و خنک کنندگی اسپری شدید (HSC) با میزان ۸۸/۰ لیتر بر کیلوگرم ، میزان بروز ترک در اسلب های فولادیCorton را به حداقل می رسانند. علاوه بر نکات بالا ، نگه داشتن دمای فوق گداز در کمتر از ۴۰ درجه سانتیگراد تمایل به تشکیل ترک را در اسلب های ریخته شده کاهش می دهند.

به کارگیری فشار هیدرولیک بالاتر در عقب زنی (۷۰ تا ۷۵ بار) با استفاده از خنک کنندگی اسپری ملایم (SSC) نشان داد که دارای یک تأثیر مضاعف بر روی تشکیل ترک مرکزی در اسلب ها می باشد. همچنین این امر نشان داد که نوسانات فشار هیدرولیک ۱۵ تا ۲۵ بار بر روی اسلب آزمایشی می باشد. کاهش فشار هیدرولیک در عقب زنی به ۶۰ تا ۶۵ بار و اطمینان از خنک کنندگی اسپری شدید (HSC) موجب کاهش موارد ایجاد ترک مرکزی گردید. در کارخانه فولاد آلیاژی ، با کنترل عوامل فرایند و ماشین ریخته گری، ایجاد ترک ها در امتداد خط مرکزی اسلب ها می تواند برطرف گردد.

 

نتیجه گیری

پارامترهای ریخته گری و ماشین، یک نقش محوری را در ایجاد ترک های مرکزی در فرایند ریخته گری مداوم اسلب های Corton بازی می کنند. امکان رفع این عیوب از طریق نظارت بر فاصله غلطک و برآمدگی آن ، به کارگیری سیستم خنک کنندگی ملایم قالب به همراه خنک کننده اسپری شدید، نگهداری دمای فوق گداز در کمتر از ۴۰ درجه سانتیگراد و همچنین انتخاب مناسب سرعت ریخته گری و فشار هیدرولیک وارده در عقب زنی در فرایند ریخته گری میسر می باشد.

 

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *