گزارش کارآموزی کارآموزی ریخته گری و تولید قطعات فولادی کارخانه نورد

فصل اول - قالب های متداول برای تولید شمش فولاد :

قالب ها معمولا از چدن وشرایط خاص از فولاد انتخاب می شوند. عمر متوسط هر قالب معمولا 60-100 ذوب است و بدلیل شرایط خوردگی و فرسودگی های حاصل از کار بسرعت معیوب می گردند .

عوامل مؤثر در کاهش عمر قالب ها به اختصار عبارتند از :

الف . صدمات مکانیکی در جریان حمل ونقل قالب و تخلیه ی شمش

ب . گسترش ترک های مویی سطحی قالب در اثر انبساط وانقباض مداوم قالب و نفوذ گازها در داخل ترک ها

ج . اکسایش سطحی قالب وسوختگی آن

د . فرسودگی در اثر اصطکاک مداوم

ر . خوردگی در جریان بار ریزی وانجماد

مشخصات فوق و ضعف تدریجی قالب در مقابل تغییرات مکانیکی یا متالورژیکی باعث تضعیف مشخصات و صافی سطح قالب و در نتیجه سطوح شمش خواهد شد که افزایش هزینه ی تمام شده تولید را در برخواهد داشت.

قالب از چدن خاکستر با ساختار فریت- پرلیت ومقادیر اندکی از گرافیت ورقه ای ساخته می شود و حتی الامکان از حضور سمانتیت آزاد در ساختار آن جلوگیری بعمل می آید .

درصد فازفریت درساختارچدن حدود 10-60 درصدتوصیه شده که به نسبت اندازه قالب برای قالب های کوچک در حدود مینیمم و برای قالب های بسیار بزرگ در حدود ماکزیمم مقدار فاز فریت انتخاب می شود بنابر عقیده‌ی (Bilnov)بیلنف ترکیب شیمیایی آلیاژ قالب در حدود ترکیب زیر مناسب است : 

کربن 3/3 -4 درصد ، سیلیسیم 1-2/2 درصد ، منگنز 8/0 -1 درصد ، فسفر 1/0-25/0 درصد ، گوگرد کمتر از 1/0 درصد و از اینرو محصولات کوره ی کوپل نسبت به محصولات انواع کوره های شعله ای وانعکاسی ترجیح دارد .

در عمل برای قالب های بزرگ وبا وزن بیش از 10 تن ترکیب آلیاژی برابر 6/3-9/3 درصد کربن ، 1-5/1 درصد سیلیسیم و8/0 -1 درصد منگنز درنظر گرفته می شود و برای قالب های کوچک به وزن کمتر از 5 تن فقط ترکیب سیلیسیم است که حداقل برابر 5/1 درصد منظور شده وبه نسبت کوچکی قالب تا 2/2 درصد نیز می رسد . چدن های آلیاژی که دارای مقادیری تیتانیم و وانادیم هستندویا چدن های محتوی 4/0-8/0 درصد

نیکل باعث می شوند که قالب دوام وعمر متوسط بیشتری داشته باشد .

1-1- اندود وپوشش قالب :

اندودکاری وپوشش قالب در کلیه ی فرایند های تکباری بعنوان عملی که می تواند دوام واستحکام قالب در مقابل عوامل مختلف سایش وفرسایش را توسعه دهد انجام می گیرد .قالب ها عموما تا حدود 80-90 درجه ی سانتیگراد پیشگرم می شوند وپوشش داخلی در لایه های نازک و متعددبرسطوح داخلی مالیده ویا پاشیده می شوند . در تکرار لایه ها باید دقت کرد تا لایه های زیرین کاملا خشک باشند .

  موادپوششی عموما از دو ماده ی اصلی چسب وذرات نسوز تشکیل می شوند که چسب ومواد پیوندی آنها از نوع فرار وقابل تبخیر است ودر جریان باریزی بسرعت تبخیر شده ودر فصل مشترک قالب ومذاب فیلم نازکی ایجاد می نمایند . مواد غیر فرار ونسوز نیز از برخورد مستقیم مذاب ودیواره ی قالب جلوگیری میکنند .

گرد زغال قیر یکی از مهمترین مواد پوششی محسوب می شودکه قبل از استفاده معمولا بمنظور تبخیر رطوبت موجود در آن گرم می شود این گرد را با بنزین یا روغن تربانتین مخلوط کرده وبعنوان ماده ی پوششی بکار می برند . مخلوط زغال قیری و الکل نیز از ماده های پوششی مناسب می باشد .

آلوم کاری (Alitizing)  نیز روش دیگری است که نمی توان آن را در دسته ی مواد پوششی منظور نمود در این روش مخلوط پودر آلومینییم و رزین یا روغن سوخته را به سطح داخلی قالب مالیده و آن را تا 800 درجه ی سانتیگراد گرم می کنند وبدین ترتیب آلومینییم در جداره ی قالب نفوذ کرده و در سطح نیز به آلومین تبدیل می شود . و به راحتی از جداره ی قالب محافظت می کند. مخلوط پودر آلومینییم وفروسیلیسیم در انواع

روغن ها و همچنین مخلوط گرافیت و روغن ها نیز از مواد پوششی مناسب محسوب
می شوند.

در هر حال همانطور که قبلا اشاره شد عوامل متعددی در کاهش عمر فالب مؤثر هستند . این عوامل از جنس قالب ،طراحی قالب ،نوع مواد پوششی وروشهای باریزی تشکیل
شده اندکه براساس مطالعات محققین مختلف وتدوین وآزمایشهای  (Bacon)  بصورت زیر فهرست بندی می شوند :

الف . ترکیب شیمیایی مواد قالب

ب . شرایط فیزیکی و ساختاری قالب

ج . نوع و کیفیت مواد پوششی

ح . طراحی قالب که عبارت است از : ضخامت دیواره ها ،طرح خارجی،زاویه های تند،سیستم تغذیه گذاری، روش بلند کردن و جابجایی قالب یا شمش

خ . شرایط مذاب که عبارت است از : باردهی سریع، باریزی فوقانی ، تاخیر در تخلیه ی شمش پس از انجماد و فاصله ی زمانی بسیار کوتاه در تناوب استفاده از قالب

چ . عدم تعبیه ی سیستم های جدا کننده شمش از قالب

بدیهی است هر یک از عوامل فوق به پارامتر های دیگری بستگی دارند که در کنار مطالب مربوط به طراحی و شکل قالب به آنها نیز استفاده خواهد شد .

1-2- طرح قالب :

طرح قالب مستقیما به درجه و نوع کاربرد فولاد وشمش بستگی دارد . قالب ها عموما یکپارچه ساخته می شوند وبمنظور تسهیل خروج شمش از قالب شیب مناسبی در حدود 2-4 درصد در دیواره آنها تعبیه می شود . با توجه به شیب در دیواره ی قالب وارتفاع شمش کاملا واضح است که یکی از قاعده های قالب بزرگتر ازدیگری است .

 واین مطلب باعث شده است که در شمش ریزی تکباری فولاد به دو نوع قالب زیر توجه شود :

الف : قالب های فراسر                                              ( Big end up ingot molds )

ب : قالب‌های فرو سر                                       ( Big end down ingot molds )

قالب ها ی فرو سر نوع قدیمی ترمحسوب می شوند . این قالب ها از دو طرف باز هستند ومعمولا قسمت وسیع قالب بر روی  یک پایه ی چدنی یا مسی که عملا کف  قالب را
می سازد نصب می گردد. پس از بارریزی و انجماد شمش قالب را بوسیله ی جراثقال و از طریق دستک های آن بالا کشیده و شمش ریخته شده را بر جای می گذارند قالبی است بسیار ساده با روشی تقریبا قدیمی که هنوز نیز موارد استفاده متعدد دارد .

قالب ها ی فراسر عموما در قسمت تحتانی نیز بسته هستند وفقط از یک نوع توپی بمنظور تسهیل شرایط تخلیه شمش و یا امکان بارریزی از کف در آن ها استفاده
می شود .

این قالب ها معمولادر قسمت فوقانی بوسیله ی تش سر یا سرتغذیه محصور می شوند واز این رو پس از انجماد شمش گیرهای جرثقال قسمت فوقانی را گرفته وشمش را خارج می کند . تش سریا سرتغذیه فقط برای تسهیل تخلیه شمش نبوده و بلکه در ایجاد جهت انجماد وکاهش ارتفاع نایچه نقش اساسی دارد .

نوع فولاد در طراحی قالب و تعیین شکل اولیه نقش موثری دارد . بطور مثال فولاد های ناآرام که برای ساخت تختالهای نوردی بکار می روند معمولا در قالب هایی که
دیواره‌ی آنها تحدبی نسبی دارد ریخته می شوند تا از ایجاد ترک در قالب جلوگیری میشود در این حال تعبیه شیبی حدود 1-5/1 درصد وانتخاب قالب فروسرخروج شمش ریخته شده را بسرعت تنظیم و تسهیل می نماید .

مقاطع کنگره ای در عمل می توانند از ترک خوردگی های سطحی شمش جلوگیری نماید . زیرا بدلیل افزایش سطح قالب انجماد با سرعت بیشتری پیش می رود . ولی در مقابل اصطکاک  شمش و قالب در هنگام تخلیه نیز افزایش می یابد وهمین امر باعث کاهش عمر متوسط قالب می شود . علاوه بر آن تمیز کاری سطح با مشکلات بیشتری روبروشده واحتمال اکسایش جداره ی خارجی در سطوح ناهموار نیز بیشتر است .

افزایش موارد مصرف شمشه ، شمشال و تختال ، تمایل به تولید شمش های ریختگی بزرگتر را ایجاد می نمایدو چون امکان گستردگی در سطوح مقاطع زیاد  نیست ، لذا ارتفاع قالب ها بزرگتر انتخاب  می کنند که با افزایش حجم قالب ، سرعت بارریزی نیز در حدود مجاز افزایش می یابد تا از انجماد زودرس مذاب در قالب جلوگیری شود .

قالب ها ی شبه بطری در مورد فولاد آرام و ناآرام مصرف می شوند . فولادهای آرام در قالب های فراسر و گاه فروسر ریخته می شوند ولی در هر دو مورد از سر تغذیه یا                  تش سراستفاده بعمل می آید .

1-3- اصول طراحی قالب :

در چگونگی وطرح وساخت قالب های شمش همواره نکاتی مورد توجه قرار می گیرد تا شمشریخته شده از نظر مشخصات متالورژیکی، سهولت تولیدوکاهش هزینه تمام شده درشرایط مطلوب واقع شود.این نکات عبارتنداز :

الف . تاثیر قالب در سرد شدن شمش وکنترل ساختار درونی آن

ب . تسهیل شرایط نصب و برپایی قالب

پ . تسهیل شرایط بارریزی و کنترل آن

ت . سهولت خارج کردن شمش از قالب

ث . تسهیل شرایط تعمیر و اندود قالب

مجموعه نکات متالورژیکی و تکنولوژیکی فوق را بوسیله ی تغییرات محیطی، اثرات سرد شوندگی، انحناءگوشها ضخامت دیواره ،شیب قالب ونسبت ارتفاع به قطرمتوسط قالب بیان کرده ودرطراحی قالب موردتوجه قرارمیدهند.

توجه :

در قالب های فروسر چون شمش بکار رفته ناآرام است در هنگام انجماد شمش چون سطح مقطع سرشمش کمتر است زوتر منجمد شده ومانع خروج گاز می شود در نتیجه در وسط شمش یک مک گازی بزرگ ایجاد می شود

برای رفع این عیب ابدایی شده و قالب با تغییراتی اصلاح شده است که در اینجا آورده می شود .

فصل دوم - قالب های افقی روباز  :

تختال ها و صفحات لازم بمنظور نورد  بعضی از فلزات نظیر سرب ، قلع یا روی را در قالب های یک تکه روباز میریزند. این قالب ها برای ریختن فلزات خالص ویا آلیاژهای با دامنه ی انجماد کوتاه که امکان تغذیه وتشکیل نایچه در آنها زیاد است بکار می رود .

قالبهای افقی روباز بسیار ارزان ساخته می شوند و کاربردآنها نیزسریع است .واز این رو برای تختالهای کوچک مناسب می باشنداین قالب هابرای تختالها ی متوسط مسی نیز بکار میروند . قالبهای افقی از انواع ابتدایی قالبهای شمش محسوب می شوند و نمی توان آنها را برای عملیات مکانیکی دقیق بکار برد زیرا :

الف . سطح فوقانی قالب که قسمتهای عرض و طول را در برمیگیرد همواره حاوی کشیدگی های سطحی ناشی  از انقباض است .

ب . سطح قطعه از مک های گازی ، سرباره و آخال پوشیده شده است .

پ . انجمادقطعه درسراسرضخامت بدلیل اختلاف سطح یکنواخت نبوده ودرجریان نوردغیریکنواختی ضخامت باعث شکستگی و شکاف های طولی در قطعه می شود .

با توجه به محدودیت‌های ذکرشده دربسیاری موارد استفاده ازقالب‌های افقی روبازمستلزم عملیات تراشکاری و براده برداری سطحی تختال می باشد که بدلیل افزایش قیمت تمام شده ، ترجیحا  از نوع  قالب های عمودی استفاده می کنند . قالب ها ی روباز در شکل ها واندازهای مختلف  ساخته می شوند که  از آن جمله  می توان
قالب‌های  چرخه‌ای یا(Rings) که برای ساختن صفحات گرد و با ضخامت محدود بکار می روند نام برد . چرخه ای  این قالب ها که از دیرباز بکار می‌روند ، بسیار ساده بوده وبرای صفحه ی کف ازصفحات یا ورق های فولادی استفاده می شود . این قالب ها برای ریختن قطعات چند کیلوگرمی تا 10 تن تغییر می کند .

2-1- جنس قالب :

دو ماده وآلیاژ اصلی که در ساخت قالب های شمش برای فلزات غیرآهنی بکار می روند،

چدن خاکستری ومس می باشند. بلوکه های گرافیتی نیزبرای شمشهای کوچک قالب مناسبی محسوب می شوند . نکته‌ی حائزاهمیت درانتخاب مواد مناسب برای قالب ، هدایت حرارتی وگرمای ویژه ی آنهاست . تا دراثر تسریع آهنگ سرد شدن شمش درون قالب وتوزیع حرارتی مناسب در قالب ، ساختار مطلوبتری حاصل شود .

توزیع درجه ی حرارت در قالبهای مسی همواره مطلوبتر ازقالبهای چدنی بوده وشدت انتقال حرارت در بوده وشدت انتقال حرارت درمراحل اولیه زمینه ی مناسب برای ایجاد مادون انجماد وهسته های تبریدی را فراهم می سازد . توضیح  این  نکته  ضروری  است که تشکیل فاصله ی هوا در اثر انقباض پوسته ی اولیه و انبساط قالب ، یکی از عوامل مهم و مؤثر در نزدیک  شدن نحوه ی انجماد  در قالب های  مختلف در مراحل بعدی انجماد محسوب می شود و همین موضوع در آزمایش های مختلف بروز تناقضاتی را حاصل نموده است .

قالبهای چدنی برای فلزات دیرذوب نظیر مس ، برنز وآلیاژهای نیکل دار بکار می روند . متاسفانه پراکندگی در ترکیب های شبمیایی چدن قالب به حدی است که گاه می توان به بیان چدن خاکستری اکتفا نموده ولی در هر حال ترکیب زیر می تواند تا حدودی دامنه ی ترکیبی آلیاژ قالب را مشخص نماید :

کربن 8/2-6/3 درصد ، سیلیسیم 2/1-2 درصد ، منگنز 7/0-2/1 درصد ، فسفر 1/0-3/0 درصد ، گوگرد 05/0-1/0 درصد

ازطرف دیگرمطالعات ساختاردرونی قالبهایی با ترکیب فوق ، نمایانگر آن است که افزایش زمینه‌ی فریتی نسبت به زمینه ی پرلیتی در دوام قالب وافزایش بهره وری آن مؤثراست ، چدنهایی باترکیب فوق وساختار فریتی ولایه های کوتاه گرافیت در مقابل ترک های سطحی ناشی ازشوک های حرارتی از مقاومت نسبتا خوبی برخوردار هستند . بطور اجمال ترکیب و ساختار چدن باید بگونه ای باشد که شوک حرارتی را به خوبی تحمل کند و درمقابل حرارت بارریزی پایدار وبدون تغییرباشد . بعبارت دیگر این چدنها در مقابل تنش ، رشد ، تبلور مجدد مقاوم بوده و عموما  قبل از استفاده تحت عملیات تابکاری به معنی تنش زدایی  قرار می گیرند .

مس بتنهایی درساخت قالب بکار نمی رود ، زیرا در حالی که از نظر هدایت حرارتی مس مکان ویژه‌ای دارد فلزی است نرم و قابل تغییر شکل که برای قالب مناسب نیست . درعمل مس ورقه ای و یا لوله های بدون درز را بعنوان سطح قالب در انواع قالب های آب گرد (Water cooled) بکار می برند ودر این حال گردش مداوم آب از اعمال حرارت به سطح مس جلوگیری میکند. در این قالب ها از مس خالص تجارتی با قابلیت هدایت حرارتی بالا استفاده به عمل می آید .

خورندگی (Erosion) حاصل از جریان مذاب وسیکل حرارتی در قالب ، باعث فرسودگی شده وپس از چندین مرتبه استفاده از قالب ، ترکهای سطحی و لکه هایی برسطح آن ظاهر میشودکه مانع از انقباض آزاد شمش گردیده ودرنتیجه ترک های سطحی درشمش ظاهر شده وعلاوه بر آن بیرون آوردن شمش از قالب را مشکل می سازد .

فرسودگی قالب های چدنی از دو نظر مورد مطالعه قرار می گیرد :

اول ، خوردگی  (Corrosion) وانحلال آهن در مذاب برخی از فلزات نظیر آلومینییم که با عملیات اندودکاری وپوشش سطح قالب ، جلوگیری می شود .

دوم، واکنشهای ترکیبی بین کربن موجود در قالب واکسیژن موجود درمذاب(بیشتر درآلیاژهای مس) که علاوه بر فرسودگی  سریع قالب ، بروز مک های  سطحی در شمش را  نیز بدنبال دارد . روش های تکنولوژیکی نظیر کنترل سیکل حرارتی به مفهوم پیش گرم کردن قالب وجلوگیری از نوسانات شدید حرارتی و همچنین پوشش کاری سطح قالب به میزان وسیعی بر دوام قالب ها می افزاید .

2-2- طرح قالب :

قالب های شمش ریزی از طریق تراشکاری برروی تکه های چدنی حاصل می شوند ودر بعضی موارد مانند قالب های کوچک می توان قالب را مستقیما از طریق ریختگری تهیه نمود.

سطح داخلی قالب ها عموما ماشینکاری میشود وهدف ازطراحی قالب آن است که شرایط ماشینکاری بر روی سطوح قالب را همزمان با امکانات تعمیرکاری وسیکل کاربردی قالب ازنظر بارریزی ، خارج کردن قطعه اندودکاری وتمیزکاری آن تسهیل نماید .

ضخامت دیواره ی قالب معمولا برابر ضخامت تختال یا قطرشمشال طراحی میشود ولی درعمل برای تختالهایی به ضخامت کمتر از 5/2 سانتی متر ویا بیشتر از 5/7 سانتی متر نسبت فوق رعایت نمی شود .

از طرف  دیگر دامنه ی تنوع به حدی است که  در هر مورد  باید عملا  از طریق تجربه ، محدوده‌ی ضخامت انتخاب شود . روش دیگر آن است که ضخامت و ابعاد قالب را
بگونه ای انتخاب کنند که حجم قالب دو برابر حجم شمش باشد تا قدرت تبریدی آن افزایش یابد .

فصل سوم - قالب های کاربردی :

همانطور که ذکر شد می توان قالب های شمش را به دو دسته تقسیم بندی کرد که عبارتست از :

الف . قالب های شمشهای آهنی                             ب . قالب های شمشهای غیر آهنی

در این کارخانه تختال های فولادی تولید می شود واگر طبق مطالب سابق الذکر بخواهیم قالبی برای این نوع تولید انتخاب کنیم باید از قالب های فروسراستفاده کنیم ولی بعلت بالابردن سرعت تولید وسهل شدن کار با قالب درکارخانه‌ برای تولید تختالهای فولادی از قالبهای افقی روباز استفاده می شود .

در این کارخانه دو اندازه بزرگ و کوچک به نام‌هایD  و B از این طرح قالب تهیه شده است.  

قالبهای نوع D  بزرگتر بوده وضخامت دیواره های آن نیز بیشتر است این قالبها  دارای  وزنی معادل3060 کیلوگرم هستند. قالب‌های نوع D عمر کوتاهتری نسبت به قالب های نوع B داشته و سریع میشکنند که این موضوع باعث شده هزینه ی اقتصادی سنگینی بردوش کارخانه تحمیل شود مضافاً اینکه بعلت بزرگ بودن ابعاد این قالب ها ، قطعات شکسته شده ی این قالبها  از دهانه ی کوره‌ی5/3 تن کارخانه عبور نمی کنند و نمی توان از آنها بعنوان قراضه ی برگشتی استفاده کرد .