ریخته گری شمش چیست و هرآنچه که لازم است بدانید
ریخته گری شمش و کاربرد صنعتی آن یکی از فعالیت‌های مهم در صنعت فولادسازی و ذوب آهن، عملیات ریخته گری شمش است. در حقیقت هدف اصلی ریخته گری شمش تبدیل انواع مختلف این محصول به فرآورده‌ی مصرفی است. به عنوان تعریف اولیه از فرآیند ریخته‌گری می‌توان گفت عملی است که بر روی فلز خام صورت می‌گیرد و باعث تغییر شکل آن می‌شود. اگر به دنبال کسب اطلاعات بیشتر در مورد مراحل تولید شمش فولاد و ریخته گری ذوب آهن هستید، تا انتهای این مقاله با پیوان همراه باشید؛ علاوه بر آن امکان اطلاع از آخرین قیمت پروفیل هم در وب‌سایت ما وجود دارد.
ریخته گری شمش چیست؟ چگونه انجام می‌شود؟
پیش از پرداختن به ماهیت ریخته گری شمش، به ارائه‌ی یک تعریف کلی از فرایند ریخته گری می‌پردازیم. ریخته گری در حقیقت فرآیندی است که در طی آن از طریق ذوب کردن، ریختن در قالب و سرد کردن، شکل نهایی فلزات و آلیاژهای مختلف شکل می‌گیرد. مهم‌ترین مزیت ریخته گری فراهم کردن امکان تولید قطعات در ابعاد مختلف و در مقیاس بزرگ است. ریخته گری به دو گروه کلی شمش ریزی و شکل ریزی تقسیم می‌شود.
در عملیات شمش ریزی، شمش‌های خنک شده از قالب خارج شده و برای هم‌دما سازی درون کوره‌های مخصوص قرار می‌گیرند. در این حالت دمای شمش‌ها به دمایی معادل ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد رسیده و برای نورد کاری آماده می‌شوند. در مرحله‌ی بعد شمش منجمد به قطعه‌های مورد نظر با سطح مقطع دلخواه مانند مربع یا دایره برش می‌خورد. وزن شمش‌های تولید شده بین چند صد کیلوگرم تا 400 تن متغیر است. باید بدانید که در زمان انجماد و طی کردن مراحل تولید شمش فولاد، واکنش‌های مختلفی انجام می‌شود که می‌توانند تأثیرات نامطلوبی بر روی کیفیت محصول نهایی و محیط زیست داشته باشند.
مثلاً در زمان فولادسازی، اکسیژن و گازهای مختلف می‌توانند در فلز ذوب شده حل شوند. قسمت عمده‌ای از این گازها در زمان منجمد شدن فلز دفع می‌شوند. در این حالت اکسیژن دفع شده با کرین ترکیب شده و مونوکسید کربن تشکیل می‌شود. نتیجه نهایی این فرآیند افزایش تخلخل در شمش منجمد است.
بیشتر بخوانید: توری مش جوشی سبک
شمش‌های فولاد بر حسب میزان گاز متصاعد شده در زمان انجماد در سه دسته‌ی آرام، نیمه آرام و لبه‌دار قرار می‌گیرند. مشخصات این محصولات حاصل از ریخته گری آهن به شرح زیر است:
-
فولاد آرام (Killed Steel)
در ریخته گری شمش فولاد آرام، اکسیژن موجود در فولاد مذاب به طور کامل تخلیه شده است؛ پس در زمان انجماد هیج مونوکسیدکربنی تشکیل نمی‌شود که نتیجه‌ی آن تولید محصولی با ساختار همگن و بدون تخلخل است. در مراحل تولید شمش فولاد آرام و انجام فرآیند اکسیژن زدایی کامل، اکسیژن محلول در مواد مذاب با عناصر دیگر مانند آلومینیوم و سیلیکون داخل فلز ترکیب می‌شود.
-
فولاد نیمه آرام (Semi-Killed Steel)
فرآیند اکسیژن‌زدایی در فولاد نیمه آرام، به صورت ناقص انجام می‌شود؛ بنابراین تنها نیمی از اکسیژن گرفته شده که نتیجه‌ی آن ترکیب اکسیژن اضافی با کربن و تشکیل مونوکسید کربن در زمان منجمد شدن فولاد مذاب است. در محصول نهایی حباب کوچکی در وسط شمش تشکیل می‌شود. این فولادهای نیمه آرام به صورت گسترده در صنعت ساختمان‌سازی کاربر دارند.
-
فولاد لبه دار (Capped Steel)
در فولاد لبه‌دار که دارای بیشتر از ۱۵ درصد کربن است؛ تنها بخشی از اکسیژن موجود در فلز مذاب گرفته می‌شود. در این شرایط گازهای متصاعد شده با عنصری مثل آلومینیوم کشته شده و باعث ایجاد حفره‌ای در لبه بیرونی فولاد خواهند شد. تشکیل این حفره گازی، هیچ‌گونه اختلالی در فولاد به وجود نمی‌آورد. پس در مجموع می‌توان گفت که فولاد لبه‌دار حالتی بین فولاد ناآرام و نیمه آرام است.
بیشتر بخوانید: انواع مش بندی و نحوه اجرا
انواع ریخته گری شمش
در این بخش به بررسی کلی روش‌های مختلف ریخته گری ذوب اهن می‌پردازیم. می‌توانید مقاله کاربرد سنگ آهن در صنعت را مطالعه بفرمایید.
در ریخته گری آهن، محصولات خنک شده از قالب شمش بیرون آورده شده و سپس در کوره‌های هم دما‌سازی قرار می‌گیرند. هدف اصلی ریخته گری شمش فولاد تولید مقاطع میانی فولاد از قبیل شمشه، شمشال و تختال است. در این نوع ریخته‌گری، شمش‌ها با مقاطع مربعی، مستطیل و گرد وجود دارند.
همانطور که می‌دانید شمش ریزی به دو روش پیوسته و غیرپیوسته انجام می‌شود:
۱. ریخته گری غیر پیوسته (batch)
در روش ریخته گری غیر پیوسته که به آن تکباری هم گفته می‌شود، از قالب افقی روباز و قالب شمش عمودی استفاده می‌شود. در نهایت شمش تولید شده به این روش تحت فرآیند نورد قرار گرفته و محصولات مختلف دیگر از طریق آن تولید می‌شود.
۲. ریخته‌گری پیوسته (CCM)
ریخته‌گری پیوسته یا مداوم یکی از روش‌های پرکاربرد در تولید مقاطع میانی فولاد محسوب شده و در طی آن فلز مذاب به صورت مستقیم و پیوسته به مقاطع میانی تبدیل می‌شود. مراحل تولید شمش فولاد پیوسته به شرح زیر است:
مراحل ریخته گری پیوسته
۱. جمع‌آوری مذاب در مخزن دستگاه
در اولین مرحله ریخته گری شمش به صورت پیوسته، فلز مذاب به درون کوره مورد نظر ریخته می‌شود. بعد از آن فرآیندهایی نظیر بررسی ترکیب، گاززدایی و رساندن به دمای مورد نظر انجام شده و مذاب به مخزن منتقل می‌شود.
۲. انتقال مذاب به تاندیش
تاندیش یک مخزن ثابت است که مذاب از طریق یک لوله به آن منتقل می‌شود. در حقیقت تاندیش همزمان با تعویض منبع تغذیه، مذاب لازم برای عملکرد پیوسته دستگاه را فراهم می‌کند. از دیگر وظایف این مخزن ثابت می‌توان به پایین آوردن دمای مذاب و کم کردن میزان سیالیت آن اشاره کرد.
۳. سرمایش اولیه
در این مرحله فلز مذاب موجود در تاندیش از طریق لوله‌هایی به قالب شمش مسی انتقال می‌یابد. وظیفه‌ی اصلی قالب در این مرحله شکل‌دهی اولیه به فلز و سرد کردن آن است. روش‌های مختلفی برای سرد کردن مذاب وجود دارد که ساده‌ترین آنها استفاده از آب سرد است.
4. شکل‌گیری لایه‌ی استرند
در زمان سرد کردن قالب شمش، یک لایه‌ی نازک فلزی به نام استرند در اطراف آن منجمد می‌شود. درون لایه‌های مختلف استرند هنوز فلز مذاب وجود دارد؛ بنابراین فضای بسته‌ی ریل‌های خنک کننده همچنان از آنها حمایت کرده تا با فشار مذاب‌های موجود تغییر شکل ندهند.
سرمایش ثانویه
یکی از مراحل تولید شمش فولاد است که در آن شمش گداخته به ناحیه‌ی خنک کننده ثانویه که در زیر قالب قرار دارد، منتقل می‌شود. در این قسمت، خنک کردن شمش تا هسته پیشروی کرده و به صورتی انجام می‌شود که بعد از خارج شدن محصول از این بخش انجماد به صورت کامل انجام شده باشد.
۶. شکل‌گیری نهایی
در آخرین مرحله از شمش ریزی، مذاب از قالب شمش آبگرد و مسی عبور کرده و به این ترتیب شکل مقطع برای اولین بار در آن ایجاد می‌شود. در ادامه فرآیند غلتک‌هایی برای کنترل ابعاد مقطع تعبیه شده‌اند؛ بعد از تولید می‌توان با توجه به کاربرد، فرآیندهای مختلفی را روی مقطع اجرا کرد. در واقع به دلیل اینکه شمش محصولی نیمه تمام است، بعد از ریخته گری تحت تأثیر فرآیندهای مختلفی مثل نورد، مفتول‌کشی، پتک‌کاری و… قرار می‌گیرد.
در ریخته‌گری شکل ریزی، هدف، تولید قطعه مورد نظر با اشکال هندسی پیچیده است. از این نوع ریخته‌گری برای ساخت انواع قطعات کشتی و ناوهای دریایی استفاده می‌شود. فرآیند شکل ریزی به انواع مختلفی تقسیم می‌شود که شامل موارد زیر است:
قالب شمش به کار گرفته در این روش فلزی است و با استفاده از نیروی ثقل در مواد مذاب، پر می‌شود. در این روش عامل اصلی در پر شدن قالب، فشاری است که بر اثر اختلاف ارتفاع دهانه بارریزی و محفظه قالب به وجود می‌آید. می‌توان گفت اختلاف فشار این نوع ریخته گری شمش با ریخته‌گری‌های قالب ماسه‌ای، فشار خارجی است که در آنها وجود دارد. در واقع در روش‌های دیگر، از وزن و فشار مواد مذاب استفاده نمی‌شود.
در این نوع ریخته گری شمش که به عنوان Die cast نیز شناخته شده است، با استفاده از فشار پیستون به مواد مذاب، قالب پر می‌شود. در واقع در این روش برخلاف روش قبل که مواد مذاب بر اثر فشار نیروی وزن خود وارد قالب می‌شدند؛ مواد از طریق پیستون به داخل قالب تزریق می‌شوند. سپس در همان حالت منجمد شده و امکان تولید محصولات با استحکام بالا فراهم می‌شود.
در ریخته‌گری تحت فشار خلاء، مواد ذوب شده با استفاده از فشار معین گازهای محبوس در قالب، داخل قالب شمش مورد نظر ریخته می‌شوند. این روش تولید، یکی از جدیدترین روش‌های ریخته‌گری بوده و تقریباً بی عیب و نقص و یکپارچه است؛ در نتیجه باعث افزایش بهره‌وری و سرعت کارایی در سیستم سنتی ریخته‌گری خواهد شد.
ریخته گری کوبشی، تلفیق ریخته‌گری و آهنگری است. به عبارت دیگر در این روش، ریخته‌گری کلاسیک یا گرانشی با ریخته‌گری تحت فشار ترکیب شده است. در روش کوبشی مواد مذاب بعد از رسیدن به دمای مشخص با استفاده از جک هیدرولیک، تحت تأثیر فشار قرار گرفته و در نهایت داخل قالب مورد نظر جای می‌گیرند. در این روش امکان ساخت قطعات با طرح‌های پیچیده و خواص مکانیکی بالا وجود دارد.
این نوع ریخته‌گری در مورد قطعه‌هایی مانند انواع لوله کاربرد دارد که دارای تقارن خاصی هستند. البته در تولید پروفیل‌های شش گوش و متقارن نیز از این روش استفاده می‌شود. روش گریز از مرکز با دو روش افقی و عمودی قابل اجرا است. در این روش با استفاده از چرخش قالب حول نیروی گریز از مرکز، شکل قالب ایجاد می‌شود.
در این روش به کمک مدل درون ماسه‌ای، حفره‌ای درون قالب ایجاد شده و سپس مواد مذاب داخل حفره ریخته می‌شوند تا قطعه مورد نظر شکل بگیرد. روش ریخته‌گری ماسه‌ای از گذشته تا کنون انجام می‌شود. البته با پیشرفت صنايع، این روش نیز پیشرفت قابل توجه‌ای داشته است.
ریخته گری شمش پوسته‌ای، برای تولید قطعات توخالی کاربرد دارد. در این روش مواد مذاب را با قالبی که دمای آن پایین‌تر از مواد مذاب است، در تماس قرار می‌دهند. در نهایت یک پوسته با ضخامت مشخص تولید می‌شود.
اطلاعات بیشتر: نورد کاری فولاد و نحوه اجرا
در این روش با استفاده از پلی استایرن، مدل قطعه در داخل قالب ساخته می‌شود. به این صورت که مدل در دوغاب سرامیکی شناور می‌شود تا یک لایه از سرامیک در سطح بیرونی قالب ایجاد شود. این لایه یک نوع قالب به حساب می‌آید که مواد مذاب داخل آن ریخته خواهد شد و پلی استایرن موجود در آن تخلیه می‌شود. در نتیجه قطعه نهایی با دقت بالا تولید می‌شود.
فرآیند تولید در این روش، مشابه روش توپر است با این تفاوت که مدل قطعه در اینجا از جنس wax است. علاوه بر این، در روش ریخته‌گری دقیق، قالب پیش از ریخته‌گری از مدل بیرون می‌آید. زمانی که مدل قطعه بر اثر حرارت ذوب شد، می‌توان مدل را از قالب جدا کرد. از مزایای ریخته گری شمش دقیق می‌توان به دقت بالای آن اشاره کرد. همچنین می‌توانید مقاله کاربرد پلیسه گیری را مطالعه کنید.
مطالب مرتبط: قیمت ورق گالوانیزه
بررسی اجمالی انواع عیوب ریخته گری فولاد
عیوب حاصل از ریخته گری شمش و فولاد در سه دسته‌ی عیوب سطحی (Surface Defects)، عیوب داخلی (Internal Defects) و عیوب هندسی (Profile Defects) تقسیم‌بندی می‌شود. مشخصات این گروه‌ها به شرح زیر است:
عیوب سطحی
عیوب سطحی حاصل از ریخته گری ذوب اهن در سطح محصول قابل مشاهده هستند و در ۲۲ گروه کلی طبقه‌بندی می‌شوند که مهم‌ترین آنها شامل موارد زیر است:
۱. خمش گوشه‌ای
۲. ترک عرضی گوشه شمش
۳. ترک طولی گوشه شمش
۴. دیواره بدلی
۵. لکه سطحی
۶. سوراخ شدن سطح
عیوب داخلی
عیوب داخلی حاصل از ریخته گری شمش فولاد در برش عرضی قابل مشاهده هستند و معمولاً از سطح دیده نمی‌شوند. این ترک‌ها می‌توانند بر کیفیت نهایی محصولاتی مانند تیرآهن و میلگرد اثر بگذارند. عیوب داخلی در ۱۱ گروه مختلف قرار می‌گیرند که مهم‌ترین آنها به شرح زیر است:
۱. ترک طولی زیرسطحی
۲. ترک ستاره‌ای
۳. ترک مرکزی
۴. نیم ترک
عیوب هندسی
هرگونه تغییر شکل در مقطع عرضی محصول حاصل از شمش‌ریزی در دسته‌ی عیوب هندسی قرار می‌گیرد. عوامل زیادی در ایجاد عیوب هندسی دخیل هستند که از جمله‌ی آنها می‌توان به دمای بالا در مراحل مختلف ریخته گری، نارسایی و غیر یکنواختی سیستم خنک‌کننده و سرعت بسیار بالای ریخته گری شمش اشاره کرد. مجموعه عیوب هندسی در ۶ گروه مطابق زیر دسته‌بندی می‌شوند:
۱. خمیدگی شمش
۲. فرو رفتگی
۳. لوزی شدن
۴. باد کردن
۵. پیچیدگی شمش
۶. غیریکنواختی پیشانی شمش
بررسی برخی از عیوب پس از ریخته گری
فرآیند ریخته گری گرچه شاید ساده به نظر برسد اما جزئیاتی دارد که عدم توجه به هر کدام از آنها ممکن است مشکلاتی را برای محصول نهایی ایجاد کرده و کیفیت آن را تحت تاثیر قرار دهد. این مشکلات به چند دسته تقسیم می شوند. در هر دسته عیب های مختلفی روبرو خواهیم بود؛ اما به طور کلی دسته بندی عیوب به شکل زیر است:
- عیوبی که در سطح ایجاد می شوند
- عیب هایی که در داخل شمش ایجاد می شوند
- و در آخر مشکلاتی که از لحاظ هندسی برای شمش فولاد ایجاد می شود؛ جهت آشنایی با این عیب ها و کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه پیشنهاد می شود مطلب عیوب ریخته گری شمش و فولاد را مطالعه فرمایید.
جمع‌بندی
در صنعت فولادسازی، با استفاده از عملیات ریخته گری شمش بر روی فلز مورد نظر، محصول نهایی به بازار مصرف داخلی و خارجی عرضه می‌شود. ریخته گری شمش از طریق دو فرآیند ریخته‌گری پیوسته و تکبار انجام می‌شود. مزیت اصلی ریخته‌گری پیوسته، بالا بودن کیفیت، تنوع محصول و سرعت بالای تولید است. شما می‌توانید پرسش‌های خود پیرامون مراحل تولید شمش فولاد را از طریق تماس با شماره ۴۵۱۷۱ با مشاوران پیوان در میان بگذارید. علاوه بر آن جهت اطلاع از انجام انواع خدمات آهن و فولاد می‌توانید کلیک کنید.
میلگرد
ورق فولادی
تیرآهن و هاش
پروفیل
نبشی
ناودانی
لوله و اتصالات
صنایع مفتولی
تخته و چوب
