ریخته گری ممتد-پیوسته-Continuous casting

ریخته گری پیوسته، فلز مذاب را بر اساس یک فرایند پیوسته، به جامد تبدیل می کند و شامل چندین فرایند تجاری مهم می باشد. این فرایندها موثرترین راه برای جامد کردن حجم زیادی از فلز و تبدیل آنها به اشکال ساده برای پردازشهای بعدی می باشند.
ریخته گری پیوسته، فلز مذاب را بر اساس یک فرایند پیوسته، به جامد تبدیل می کند و شامل چندین فرایند تجاری مهم می باشد. این فرایندها موثرترین راه برای جامد کردن حجم زیادی از فلز و تبدیل آنها به اشکال ساده برای پردازشهای بعدی می باشند. در جهان اکثر فلزات پایه (شامل بیش از ۵۰۰ میلیون تن فولاد، ۲۰ میلیون تن آلومینیم، و یک میلیون تن مس، نیکل و دیگر فلزات)، سالانه با استفاده از فرایند ریخته گری پیوسته به تولید انبوه می رسند.
ریخته گری پیوسته توسط ماهیت حالت پایدار (Steady State) خود از دیگر فرایندهای انجماد متمایز می شود. فلز مذاب در مجاورت دیواره قالب منجمد می شود، در حالی که بطور همزمان، از کف قالب با سرعتی که فصل مشترک جامد/مایع در یک موقعیت ثابت با زمان تغییر نکند، دوباره باز پس گرفته شده و دوباره جامد، مایع می شود. این فرایند هنگامی که تمام جنبه های آن در حالت پایدار کار کنند، به بهترین وجه عمل می کند.
نسبت به دیگر فرایندهای ریخته گری، ریخته گری پیوسته عموماً هزینه سرمایه گذاری بالاتر اما هزینه اجرایی کمتری دارد. این فرایند پربازده ترین روش (چه از لحاظ هزینه و چه از لحاظ انرژی) برای تولید انبوه قطعات فلزی نیمه تمام با کیفیتی سازگار با انواع ابعاد و اشکال محسوب می شود. سطح مقطع قطعات می تواند مستطیلی، برای نورد بعدی و تبدیل آن به ورق یا صفحه، مربع یا دایره برای محصولات طویل، و حتی اشکال "استخوان سگی" برای نورد و تبدیل به تیرهای H یا L باشد.
انواع مختلف فرایند ریخته گری پیوسته وجود دارد. تعدادی از مهمترین فرایندها را نشان می دهد. ماشینهای عمودی، برای ریخته گری آلومینیم و برخی فلزات دیگر با کاربردهای خاص، بکار می روند. ماشینهای انحنادار، برای ریخته گری اکثر فولادها مورد استفاده قرار می گیرند و نیازمند خم کردن و یا راست کردن لایه در حال انجماد است. ریخته گری افقی ساختمان کوچکتری دارد و گاها برای فولادها و آلیاژهای غیر آهنی بکار می رود. در نهایت، ریخته گری تسمه نازک، به منظور به حداقل رساندن میزان نورد مورد نیاز، برای تولید محدود فولادها و فلزات دیگر استفاده می شود.
ریخته گری پیوسته فولاد:
ریخته گری پیوسته، فرایندی نسبتاً جدید در دوره های تاریخی محسوب می شود. اگرچه ریخته گری پیوسته تسمه توسط بسمر (Bessemer) در سال ۱۸۵۸ مطرح شد، اما ریخته گری پیوسته فولاد تا دهه ۶۰ میلادی استفاده گسترده نیافت. تلاشهای اولیه مشکلات فنی زیادی داشت مانند "گسیختگی": لایه فولاد در حال انجماد به قالب می چسبد، پاره می شود و فولاد مذاب اجازه می یابد در تمام کف دستگاه پاشیده شود. این مشکل توسط ژانقانز (Junghans) در سال ۱۹۳۴ از طریق نوسان عمودی قالب (با استفاده از مفهوم "تسمه منفی" به این معنا که قالب سریعتر از لایه فولاد به سمت پایین بیاید تاچسبندگی اتفاق نیافتد) حل شد. بسیاری نوآوریها و پیشرفتهای دیگر، فرایند ریخته گری پیوسته را به فرایند پیچیده کنونی آن برای تولید بیش از ۹۰ درصد فولاد امروز جهان شامل فولاد کربنی ساده، آلیاژی و فولادهای زنگ نزن، تبدیل کرد.
در فرایند ریخته گری پیوسته فولاد، تغار، فولاد کافی را برای ایجاد یک جریان پیوسته تا قالب، حتی در حین تعویض پاتیلها که بطور دوره ای و متناوب از فرایند فولادسازی پر و آورده می شوند، نگه می دارد. همچنین تغار می تواند به عنوان ظرف تصفیه عمل کرده و ناخالصی های مضر را بصورت یک لایه سرباره شناور کند. اگر ذرات ناخالصی جامد اجازه یابند در محصول باقی بمانند، نقایص سطحی از قبیل "زخمک" ممکن است در حین عملیاتهای نورد بعدی تشکیل شود یا باعث تمرکز تنشهای درونی موضعی شود و در نهایت عمر خستگی را کاهش دهد. به منظور تولید محصولات با کیفیتتر، فولاد مذاب باید از قرار گرفتن در معرض هوا از طریق پوشش سرباره روی کل سطح مایع در هر ظرف و با بکارگیری نازلهای سرامیکی بین ظرفها، محافظت شود. اگر این اتفاق نیافتد، اکسیژن هوا با فولاد واکنش داده و ناخالصی های اکسیدی مضر تشکیل می شود.
در قالب، فولاد مذاب در مجاورت دیواره های قالب مسی بدون کف (غیر محدود) که به وسیله آب سرد می شود، منجمد شده و یک لایه جامد را تشکیل می دهد. قالب بصورت عمودی نوسان می کند تا چسبندگی لایه به دیواره قالب برطرف شود. قرارگیری نوردهای متحرک پایین تر از دستگاه از چسبیدن لایه جامد به دیواره در سرعتی که با جریان فلز در حال ورود مطابقت داشته باشد، جلوگیری می کند در نتیجه فرایند بصورت ایده آل در حالت پایدار پیش می رود. سرعت جریان مذاب توسط محدود کردن دهانه نازل ،بر اساس سیگنالی که از یک حسگر سطحی در قالب فرستاده می شود، کنترل می گردد.
بحرانی ترین قسمت فرایند انجماد اولیه در هلاله است جایی که نوک لایه منجمد شده به قالب و مذاب می رسد. اینجا، جایی است که سطح محصول نهایی ایجاد می شود و اگر مشکلاتی از قبیل تغییر سطحی اتفاق بیافتد، نواقصی مانند ترکهای سطحی می توانند شکل گیرند. برای اجتناب از این موضوع، روغن یا سرباره قالب به هلاله فولاد اضافه شده و در فاصله بین قالب و لایه جاری می شود. علاوه بر روانکاری سطح تماس، لایه سرباره قالب از فولاد در برابر هوا محافظت کرده، ناخالصی ها را جذب کرده و عایق حرارتی ایجاد می کند.
زیر خروجی قالب، لایه نازک منجمد (با ضخامت ۶ الی ۲۰ میلیمتر) به عنوان ظرف عمل کرده و از مایع باقی مانده که بخش درونی لایه را ایجاد می کند، حفاظت می کند. پاشش آب یا هوا سطح لایه بین نوردهای پشتیبان را خنک می کند. نرخ سیلان پاشش برای کنترل دمای سطح لایه با حداقل گرم شدن دوباره تا جامد شدن کامل هسته مذاب تنظیم می شود. بعد از آنکه هسته کاملا منجمد شد (در "طول متالورژیکی" بار ریز که ۱۰ تا ۴۰ متر است)، شمش پیوسته با مشعل اکسی استیلن به تختال یا شمشال یا هر طول دلخواه دیگری بریده می شوند.
فرایندهای ریخته گری پیوسته مختلفی برای تولید مقاطعی با اشکال و ابعاد متفاوت وجود دارد. قالبهای سنگین چهار تکه صفحه ای با صفحات سخت و محکم پشتیبان برای ریخته گری تختالهای بزرگ و مستطیلی (به ضخامت ۵۰ تا ۲۵۰ mm و عرض ۵/۰ تا ۲/۲ متر) که نورد شده و به ورق یا صفحه تبدیل می شوند، بکار می روند. قالب های مشابهی نیز برای ریخته گری شمشه های با مقطع تقریبا مربع که سطح مقطع آنها تا ابعاد ۶۰۰×۴۰۰ mm می رسد، استفاده می شوند. قالبهای استوانه ای یک تکه برای ریخته گری شمشهای کوچک و مربعی (به ضخامت ۱۰۰ تا ۲۰۰ mm) که نورد شده و محصولات طویلتری مانند مفتولها، نبشی ها، ریلها، میخ ها و محورها تبدیل می شوند، مورد استفاده قرار می گیرد. فرایند جدید ریخته گری تسمه با استفاده از نوردهای دوار بزرگ بعنوان دیواره های قالب برای انجماد ورقهای فولادی به ضخامت ۱ تا ۳ mm در حال توسعه است.