مقدمه
واحد ذوب و ریخته‌گری یکی از بخش‌های حیاتی در کارخانه‌های تولید فولاد است که به طور مستقیم در تولید محصولات نهایی مانند شمش‌های فولادی و غلتک‌های نورد نقش دارد. فرآیندهای ذوب و ریخته‌گری با هدف تبدیل مواد خام به فلزات قابل استفاده در صنعت انجام می‌شوند. این واحدها از تجهیزات و روش‌های پیشرفته برای تولید محصولات با کیفیت بالا استفاده می‌کنند که به ویژه در صنایع فولادی بسیار اهمیت دارند.
در این مقاله به بررسی عملکرد واحد ذوب و ریخته‌گری در کارخانه‌های تولید شمش‌های فولادی و غلتک‌های نورد پرداخته و جزئیات فرآیندهای مورد استفاده، جنس مواد، استانداردها و کنترل کیفیت در این فرآیندها را بیان می‌کنیم.
فرآیند ذوب در تولید فولاد
فرآیند ذوب در کارخانه‌های فولاد به منظور تبدیل مواد خام اولیه، مانند سنگ آهن و ضایعات فولادی، به فولاد مذاب انجام می‌شود. این فرآیند اغلب در کوره‌های قوس الکتریکی یا کوره بلند صورت می‌گیرد.
- کوره قوس الکتریکی (EAF):
- یکی از رایج‌ترین روش‌های ذوب فولاد استفاده از کوره قوس الکتریکی است. در این روش، الکترودهای گرافیتی جریان الکتریکی را از طریق مواد خام عبور می‌دهند تا دمای لازم برای ذوب مواد تأمین شود. این روش به دلیل مصرف پایین انرژی و قابلیت استفاده از ضایعات فولادی، در تولید شمش‌های فولادی بسیار محبوب است.
- کوره بلند (Blast Furnace):
- در این روش، سنگ آهن و کک درون کوره بلند با هم ترکیب شده و در اثر واکنش‌های شیمیایی دما و فشار بالا، آهن مذاب تولید می‌شود. این روش برای تولید انبوه فولاد بسیار مناسب است و اغلب در کارخانه‌های بزرگ فولادسازی استفاده می‌شود.
مراحل اصلی ذوب و ریخته‌گری فولاد
پس از فرآیند ذوب، فولاد مذاب به واحد ریخته‌گری منتقل می‌شود تا به محصولات نهایی مانند شمش‌های فولادی و غلتک‌های نورد تبدیل شود. مراحل اصلی این فرآیند عبارتند از:
- تصفیه فولاد مذاب:
- پس از ذوب شدن، فولاد مذاب باید از نظر شیمیایی تصفیه شود تا ناخالصی‌ها و عناصر غیرضروری از آن جدا شوند. این فرآیند شامل حذف گوگرد، فسفر و سایر عناصر مضر است که باعث بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی فولاد می‌شود.
- آلیاژسازی:
- در این مرحله، عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل، منگنز و کربن به فولاد اضافه می‌شوند تا خصوصیات خاصی مانند سختی، مقاومت به خوردگی و استحکام به دست آید. نوع و میزان عناصر آلیاژی اضافه‌شده به ترکیب شیمیایی فولاد بستگی به نیازهای محصول نهایی دارد.
- ریخته‌گری:
- پس از آماده‌سازی فولاد مذاب، فرآیند ریخته‌گری آغاز می‌شود. در این فرآیند، فولاد مذاب به قالب‌هایی ریخته می‌شود تا به شکل‌های مورد نظر مانند شمش‌های فولادی یا غلتک‌های نورد تبدیل شود. این مرحله یکی از مهم‌ترین بخش‌های تولید است که باید با دقت انجام شود تا کیفیت محصول نهایی تضمین گردد.
تولید شمش‌های فولادی
شمش‌های فولادی یکی از محصولات اصلی واحد ذوب و ریخته‌گری هستند که به عنوان ماده اولیه در صنایع مختلف به کار می‌روند. شمش‌های فولادی از طریق ریخته‌گری پیوسته یا نیمه‌پیوسته تولید می‌شوند.
- ریخته‌گری پیوسته (Continuous Casting):
- در این روش، فولاد مذاب به صورت مداوم به قالب‌های خنک‌کننده جریان می‌یابد و به شکل شمش‌های فولادی با مقطع مستطیلی یا مربعی تولید می‌شود. این روش به دلیل سرعت بالا و کیفیت یکنواخت محصولات، در بسیاری از کارخانه‌های فولادسازی استفاده می‌شود.
- ریخته‌گری نیمه‌پیوسته (Semi-Continuous Casting):
- این روش برای تولید شمش‌های بزرگ‌تر و با مقطع بزرگ استفاده می‌شود. در این فرآیند، فولاد مذاب به صورت مرحله‌ای به قالب ریخته می‌شود و پس از سرد شدن هر مرحله، مراحل بعدی آغاز می‌شود. این روش برای تولید شمش‌های سنگین و بزرگ‌تر به کار می‌رود.
تولید غلتک‌های نورد
غلتک‌های نورد یکی از قطعات اساسی در خطوط نورد هستند که برای تغییر شکل فلزات به کار می‌روند. این غلتک‌ها از فولادهای آلیاژی و چدن‌های با مقاومت بالا تولید می‌شوند.
- مواد مورد استفاده در ساخت غلتک‌های نورد:
- برای تولید غلتک‌های نورد از چدن‌های آلیاژی و فولادهای مقاوم به سایش استفاده می‌شود. چدن‌های نشکن و چدن‌های مقاوم به سایش از جمله مواد پرکاربرد در تولید غلتک‌های نورد گرم هستند. همچنین، فولادهای آلیاژی مانند فولاد کروم‌دار و نیکل‌دار برای تولید غلتک‌هایی با مقاومت بالا به سایش و دمای بالا به کار می‌روند.
- روش‌های ساخت غلتک‌های نورد:
- غلتک‌های نورد از طریق روش‌های مختلفی مانند ریخته‌گری گریز از مرکز، ریخته‌گری در ماسه و فورج تولید می‌شوند.
- ریخته‌گری گریز از مرکز: این روش برای تولید غلتک‌هایی با دقت بالا و ساختار یکنواخت استفاده می‌شود. در این روش، مواد مذاب به داخل قالب‌هایی که به صورت دورانی حرکت می‌کنند، ریخته می‌شوند و نیروی گریز از مرکز باعث توزیع یکنواخت مواد می‌شود.
- ریخته‌گری در ماسه: در این روش، غلتک‌ها با استفاده از قالب‌های ماسه‌ای تولید می‌شوند که برای تولید قطعات بزرگ و پیچیده مناسب است.
- فورج: این روش برای تولید غلتک‌هایی با مقاومت مکانیکی بالا استفاده می‌شود. در فرآیند فورج، مواد در دمای بالا فشرده شده و به شکل نهایی درمی‌آیند.
- غلتک‌های نورد از طریق روش‌های مختلفی مانند ریخته‌گری گریز از مرکز، ریخته‌گری در ماسه و فورج تولید می‌شوند.
آنالیز شیمیایی در فرآیند ذوب و ریخته‌گری
یکی از مراحل مهم در تولید شمش‌های فولادی و غلتک‌های نورد، کنترل آنالیز شیمیایی مواد است. ترکیب شیمیایی فولاد یا چدن به طور مستقیم بر خواص مکانیکی و فیزیکی محصول نهایی تأثیر می‌گذارد.
- کربن (C):
- یکی از عناصر اصلی در ترکیب فولاد و چدن، کربن است. درصد کربن موجود در فولاد تأثیر مستقیم بر سختی، استحکام و مقاومت به سایش آن دارد.
- کروم (Cr):
- کروم به عنوان یک عنصر آلیاژی مهم، باعث افزایش مقاومت فولاد به خوردگی و سایش می‌شود. غلتک‌های نورد که تحت فشار و دمای بالا کار می‌کنند، نیاز به مقاومت بالایی به خوردگی دارند و به همین دلیل کروم در ترکیب شیمیایی آن‌ها به کار می‌رود.
- نیکل (Ni):
- نیکل یکی دیگر از عناصر آلیاژی است که به افزایش چقرمگی و مقاومت به خوردگی فولاد کمک می‌کند. این عنصر در تولید غلتک‌های نورد با کیفیت بالا به کار می‌رود.
- منگنز (Mn):
- منگنز به عنوان یک عنصر آلیاژی، سختی و مقاومت فولاد به ضربه را افزایش می‌دهد. در تولید غلتک‌های نورد، این عنصر برای بهبود خواص مکانیکی استفاده می‌شود.
استانداردها در واحد ذوب و ریخته‌گری
استانداردهای بین‌المللی و ملی در فرآیند ذوب و ریخته‌گری نقش کلیدی دارند. این استانداردها تعیین می‌کنند که محصولات باید چه ویژگی‌هایی از نظر ابعاد، ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و دمای کاری داشته باشند.
- استانداردهای ISO: استانداردهای بین‌المللی که کیفیت مواد و فرآیندهای تولید را تعیین می‌کنند.
- استاندارد DIN: این استانداردهای آلمانی به طور گسترده در صنعت فولادسازی و ریخته‌گری به‌کار می‌روند.
- استانداردهای ASTM: استانداردهای آمریکایی که برای مشخصات مواد و فرآیندهای تولید فولاد و چدن استفاده می‌شوند.
کنترل کیفیت در واحد ذوب و ریخته‌گری
در کارخانه‌های تولید شمش‌های فولادی و غلتک‌های نورد، کنترل کیفیت یکی از مهم‌ترین مراحل است. این فرآیند شامل نظارت دقیق بر تمامی مراحل تولید از ذوب تا ریخته‌گری و آنالیز مواد است تا اطمینان حاصل شود که محصولات نهایی با استانداردهای تعیین‌شده همخوانی دارند.
- آزمایش‌های غیرمخرب (NDT): برای بررسی سلامت داخلی قطعات بدون آسیب رساندن به آن‌ها
- تست‌های مکانیکی: برای ارزیابی استحکام و چقرمگی فولاد و چدن.
- کنترل ابعادی: بررسی دقت ابعادی محصولات مطابق با استانداردها.
نتیجه‌گیری
واحد ذوب و ریخته‌گری یکی از بخش‌های حیاتی در کارخانه‌های تولید فولاد و قطعات صنعتی است. با استفاده از روش‌های مدرن ذوب و ریخته‌گری، کارخانه‌ها قادر به تولید شمش‌های فولادی و غلتک‌های نورد با کیفیت بالا هستند. در این فرآیندها، توجه به ترکیب شیمیایی، استانداردهای بین‌المللی و کنترل کیفیت از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
