نگاهی به آخرین فناوری‌های صنایع ریخته‌گری و ذوب فلزات درنمایشگاه متک آلمان

معدن و توسعه: در نمایشگاه ریخته‌گری و ذوب فلزات «متک» آلمان که چندی پیش برگزار شد، بازدیدکنندگانی از 83 کشور از این نمایشگاه بازدید کردند که بیش از نیمی (54 درصد) از آنها از مجموع 79 هزار نفر بازدیدکننده غیر آلمانی بودند. 

بنا به گزارش متال بولتن، شرکت‌های بزرگ بین‌المللی سازنده کارخانه‌های ذوب فلزات براساس استراتژی‌های تدوین شده خود بدنبال تغییر جغرافیای تقاضا برای احداث کارخانه‌های جدید در کشورهای در حال توسعه بوده و می‌خواهند به نیازهایی چون تعمیر و نگهداری، بازسازی و افزایش عمر ناوگان عظیم کارخانه‌های متالورژی که در حال بهره‌برداری هستند، پاسخگو باشند. 

در جهت مقابل این طیف پیوسته باید به بعضی از بازارهای آسیایی که نسبت به هزینه سرمایه‌ای حساس هستند توجه کرد، در حالی‌که کارخانه‌های پیشرفته و کاملا اتوماتیک محصولات کیفی آهنی و غیرآهنی در غرب و بخصوص چین همچنان نیازمند حمایت هستند. همه سازندگان فناوری چه کوچک و چه بزرگ همواره سبد محصولات و خدمات خود را با نیاز بازارها هماهنگ می‌کنند. 

اصطلاح کاهش مصرف انرژی در همه جای نمایشگاه به چشم می‌خورد که این کاهش در همه زمینه‌‌‌های هزینه‌های سرمایه‌ای، هزینه‌های بهره‌برداری، مصرف مواد اولیه و انرژی و کاهش آلودگی محیط‌زیست از اهمیت بیشتری برخوردار است و در این راستا سازمان‌دهندگان نمایشگاه برای رسیدن به یک فناوری کارآمد تولید به ابتکار ecoMetals اشاره می‌کنند. 28 کشور درگیر در این مساله سعی داشتند نمایش دهند که فناوری ارایه شده آنها به نحو مطلوبی از انرژی استفاده می‌کنند و یا مصرف منابع برای تولید را به حداقل می‌رساند، بعنوان مثال در دنباله این گزارش به تفصیل در مورد فناوری‌های جدید مانند کاهش مصرف انرژی و مواد اولیه، ارتقای بهره‌وری و به قابلیت پایداری صنعت که در این نمایشگاه مطرح بود، اشاره خواهد شد. سوال این است که آینده صنعت ریخته‌گری و فولادسازان چگونه خواهد بود؟ در این خصوص بانک صنعتی آلمان IKB پیش‌بینی می‌کند که به‌طور مستمر سالانه تولید چدن، آلومینیوم و مس ریخته‌گری تا سال 2015 رشد خواهد داشت که کشورهای آسیایی در این رشد بدلیل رشد تولید خودرو پیشگام خواهند بود. این بانک تخمین می‌زند که تولید جهانی چدن، آلومینیوم و مس ریخته‌گری به ترتیب به حدود 95 میلیون، 16 میلیون و 2 میلیون تن تا سال 2015 خواهد رسید، در حالی‌که این مقادیر در سال 2009 در پایین‌ترین سطح نامطلوب خود یعنی 70 میلیون، 10 و 5/1 میلیون تن بود. رئیس فدراسیون فولاد آلمان در افتتاحیه نمایشگاه «متک» اظهار داشت: معتقدم که در سال 2011 بهبود پایدار خواهد بود و پیش‌بینی می‌شود که امسال تقاضای جهانی فولاد به 36/1 میلیارد تن برسد که نسبت به سال 2010 حدودا 6 درصد افزایش خواهد داشت. 

آخرین اطلاعات منتشره توسط سازمان جهانی فولاد (Worldsteel) که در 20 ژوئیه گذشته انتشار یافت نشان می‌دهد که تولید جهانی فولاد خام در شش ماهه اول امسال به 8/757 میلیون تن رسید که 6/7 درصد بالاتر از مدت مشابه آن در سال قبل است. بهره‌برداری از ظرفیت تولید فولاد خام در جهان در ماه ژوئن 2011 به 8/82 درصد رسید که 2/1 درصد بالاتر از ماه می و 5/2 درصد بالاتر از ژوئن 2010 است. با یک نگاه اجمالی به چهار سال آینده یعنی المپیک بعدی فولاد و فلزات نشان می‌دهد که صنایع آهن و غیرآهنی تا آن زمان زیاد تغییر خواهند کرد، اما پس از بحران بازار در سال 2007 دیگر هیچ‌کس روی این صنایع حساب نمی‌کند.

فرضیه کاهش مصرف انرژی با طراحی کوره قوس الکتریک 

فولادسازی قوس الکتریک همواره بدنبال رسیدن به سه دستاورد به شرح زیر بوده: کاهش مصرف انرژی، کاهش هزینه‌های بهره‌برداری و کاهش آلودگی محیط‌زیست. برای رسیدن به این اهداف و سایر اهداف زیمنس فوست آلپین بخشی از کارآمدترین فناوری‌های کوره قوس الکتریک کنونی خود را با بخشی از فناوری‌های جدید ترکیب کرده تا فرضیه کوانتومی کوره قوس الکتریک Simetal را خلق کند. 

این طرح یک فرآیند شارژ قراضه نو، سیستم کارآمد پیش‌گرمایی، طرح جدید نوسانی برای پوسته پایین‌تر و سیستم بهینه تخلیه با سیفون انتهایی دارد. یک کوره مرجع با وزن تخلیه یکصد تن که در هر بار تخلیه فاصله زمانی آن 33 دقیقه است و 35/1 تن فولاد خام تولید می‌کند. مصرف انرژی الکتریکی آن kwh280 در هر تن است که بسیار کمتر از کوره‌های قوس الکتریک قدیمی بوده و با مصرف پایین‌تر الکترود و اکسیژن 20 درصد از هزینه تولید فولاد آن کم می‌شود. سیستم کوانتومی در اطراف کوره بلند ساخته می‌شود که برخلاف کوره قوس الکتریک سنتی ضرورتی ندارد که سقف را بالا زده و الکترودها را برای شارژ کنار بزنیم. قراضه توسط گازهای خروجی از فرآیند ذوب پیش‌گرم می‌شود که بشدت مصرف انرژی را کاهش می‌دهد. 

یک قیف قراضه را از یک ایستگاه شارژ در انبار قراضه به بارگیر انتقال می‌دهد که دیگر به جرثقیل و سبد نیازی وجود ندارد. یک آسانسور قراضه را به سیستم حامل، انتقال می‌دهد که انگشتی‌هایی دارد که با فاصله مساوی روی کوره قرار گرفته‌اند. گاز خروجی از ذوب که در زیر قراردارد از فضاهای بین انگشتی‌ها گذشته و قراضه را پیش‌گرم می‌کند. در صورت نیاز می‌توان فرآیند شارژ را کاملا اتوماتیک کرد. شکل ذوزنقه‌ای بارگیر و سیستم حامل قراضه، توزیع قراضه را آسان‌تر کرده و توزیع گاز خروجی را بهبود بخشیده و انتقال حرارت را بهینه می‌سازد. پس از آنکه قراضه گرم شد، انگشتی‌های سیستم حامل باز شده و قراضه به حمام مذاب ریخته می‌شود که حداکثر ظرفیت آن 70 تن است. انگشتی‌ها پس از آن برای شارژ مرحله بعدی قراضه بسته می‌شود. این سیستم به‌گونه‌ای طراحی شده که در تخیله آن سرباره وجود ندارد. وقتی برق کوره برقرار شود شارژ، تخلیه و پر شدن مجدد لوله تخلیه مذاب به‌طور خودکار انجام می‌شوند. این کار موجب کاهش زیاد زمان تخلیه شده و بهره‌وری آن افزایش پیدا می‌کند. سیستم همزن از زیر آرگون، انتقال گرما از حمات مذاب به قراضه پیش‌گرم شده و هموژنیزه شدن مذاب را سرعت می‌بخشد. 

برق‌رسانی مداوم به حمام مذاب در حال بهره‌برداری، بهره‌وری را افزایش داده و و مانع مشکلات شبکه مانند لرزش (Flicker) می‌شود. حرکات تخلیه (Tapping) و حذف سرباره فقط توسط جداره کوره انجام می‌شود. 

جداره کوره را براحتی می‌توان حمل و نقل کرد. تزریق کننده‌های اکسیژن و زغال فقط روی سقف نصب شده‌اند که لوله‌گذاری و نصب لازم روی جداره کوره را کاهش می‌دهد. این سیستم به‌گونه‌ای طراحی شده که هیچ‌گونه هوا وارد آن نمی‌شود و سیستم گردوغبارزدایی دارد که 30 درصد از میزان آلودگی محیط کم می‌کند. 


روش سبز برای آب‌بندی قطعات ریخته‌گری 

در حالی‌که تولیدکنندگان قطعات دایکاست آلومینیوم سعی می‌کنند که مانع خلل و فرج در قطعات ریخته‌گری شوند، اما در دایکاست با حجم بالا نمی‌توان خلل و فرج (porosity) را کاملا حذف کرد، چنین خلل و فرجی در مواقعی در مراحل بعدی اندودکاری سطحی قطعات دایکاست ایجاد مشکلات می‌کند و اگر این قطعات تحت فشار قرار گیرند این خلل و فرج ایجاد نشتی می‌کند. اگرچه تولیدکنندگان قطعات ریخته‌گری بزرگ و پیچیده بخصوص اگر قطعات حساس خلل و فرج داشته باشند ذوب و ریخته‌گری مجدد آن هزینه در برخواهد داشت. این قطعات حساس شامل موتور، محفظه کمپرسور و قطعات جعبه دنده و قطعات دایکاست آلومینیومی آب‌بندی شده هستند که عمدتا در صنایع خودروسازی استفاده می‌شوند تا عمر مفید آن افزایش پیدا کند. 

شرکت اولتراسیل که عرضه‌کننده درزبند تقویت‌کننده قابل بازیافت و سیستم‌ها و خدمات استحکامی و تقویت‌کننده قطعات ریخته‌گری است، اظهار می‌دارد که اولین درزگیر قابل بازیافت در جهان تحت عنوان UltrasealMXZ را ابداع کرده که 90 درصد این ماده درزبند (Sealant) را می‌توان بازیافت کرد. 

درزبندهای قابل بازیافت این شرکت یعنی Rexeal100 و Ultraseal MXZ مورد تایید استانداردهای نظامی آمریکا در 220 درجه حرارت قرار گرفته است. این شرکت در حال حاضر یک سیستم تقویت‌کننده یا درزبند حلقه بسته را ابداع کرده که فاضلاب خروجی را کاهش می‌دهد. 

سیستم بازیافت درزبند Ultraseal تا 90 درصد درزبند (Sealant) و تمامی آب مصرف شده در طول شست‌وشو را بازیافت و مایع را جدا کرده و بلافاصله درزبند را به فرآیند استحکام‌بخش بازمی‌گرداند. سیستم بازیافت آب آن مربوط به مدول و ولکانش آب گرم است که نیازی به زهکشی دوره‌ای نداشته و تانک‌های وولکانش آب گرم (hot Cure) را تمیز کرده و بدینوسیله از زمان تولید کم می‌کند. در روش بازیافت آب به‌طور مرتب آب از تانک وولکانش آب گرم به واحد تقطیر پمپ می‌شود که در آنجا آب قبل از بازگشت به تانک وولکانش آب گرم تصفیه می‌شود. واحد تقطیر سیستم بازیافت انرژی برای کاهش هزینه‌های بهره‌برداری دارد و مقدار کمی (کمتر از یک درصد حجم آب فرآیند) فاضلاب تولید شده اتوماتیک‌وار جمع‌آوری شده و بیرون ریخته‌ می‌شود. 


اندازه‌گیری و مدیریت کیفیت سطح 

ضرب‌المثل معروفی است که می‌گوید: اگر می‌خواهی فرآیندی را خوب بشناسی باید بتوانی از طریق سیستم‌های بازرسی سطحی دقیقا آن را ارزیابی کنی. با تحولات مستمر در سیستم‌های نرم‌افزاری و سخت‌افزاری در سال‌های اخیر کنترل عیوب سطحی و طبقه‌بندی آن بسیار دقیق‌تر و معتبرتر شده، اما این آگاهی نیز قوت می‌گیرد که حجم، فرآیند و ارایه اطلاعات بدست آمده توسط آنها باید با نیازهای نوع کاربر آن برای رسیدن به بالاترین ارزش حاصل از انتخاب نصب آن هماهنگی داشته باشد. 

شرکت ایزراپارسی تک از یک فناوری جدیدی برای کنترل سطح ورق تحت عنوان "Surface Master" استفاده می‌کند. 

نسخه استاندارد آن برای یک کاربرد مشخصی استفاده می‌شود. طراحی پیشرفته آن توانایی بیشتری دارد که می‌توان آن را با شبکه‌های بازرسی ترکیب کرده که امکان نظارت بر کل خطوط و فرآیند چندگانه را میسر می‌سازد، نسخه پیشرفته‌تر آن می‌تواند فناوری‌های بازرسی و خدمات کامل را برای شرکت مهیا سازد. میزان تشخیص عیب توسط این روش 98 یا بیشتر تخمین زده شده و میزان دسترسی آسان به این سیستم بیش از 8/ 99 درصد است. 

این سیستم طبقه‌بندی فوری دارد که اطلاعات و دانش از پیش برنامه‌ریزی شده طبقه‌بندی کننده عیوب سطحی است که 70 درصد عیوب (معمول‌ترین درصد) را تشخیص می‌دهد. برای افزایش میزان کنترل عیب و طبقه‌بندی آن از یک طبقه‌بندی کننده چندگانه توأما استفاده می‌شود تا عیوب خطی ویژه را شناسایی کرده و نیز تضمین می‌کند که عیوب کاذب نیز کنترل شده‌اند. 

می‌توان براساس نتایج کنترل و طبقه‌بندی هشدارهای لازم را به اپراتورها داد تا آنها اقدامات لازم را برای بهبود عملکرد فرآیند اتخاذ کنند، اما ابزارهای جدید گزارش‌دهی و آنالیز کنونی نیز می‌تواند به دیگر کارکنان و مدیران این کارخانه این امکان را بدهد که اطلاعات مفید را برای تصمیم‌گیری جمع‌آوری کنند. اطلاعات بدست آمده می‌تواند عملکرد یک کارخانه و فرآیندهای آن را طی دوره‌های وسیع زمانی و روندهای آن را مشخص کند. 

یک کتابخانه نرم‌افزاری خبره این اطلاعات (data) را به اطلاعاتی تبدیل می‌کند که می‌توان برای تصمیم‌گیری از آن (براساس عواملی چون کیفیت کلاف) استفاده کرد. 

سیستم مدیریت کیفیت (QMS) ایزراپارسی تک از نتایج بازرسی برای نظارت بموقع بر کیفیت و هشدارهایی که روی هر خط تولید خاصی، چندین خط متوالی یا در کل شرکت کار می‌کند، استفاده می‌کند. علاوه بر این، به‌گونه‌ای طراحی شده که به برنامه‌ریزی و بهینه‌سازی تولید نیز کمک می‌کند. 

از دوربین‌های سریع، نورپردازی LED و توانایی ترکیب ماتریکس و دوربین‌های خطی و یا طول موج چندگانه نیز برای افزایش دقت عملکرد سیستم بازرسی سطح در تعدادی از نقاط واحدهای نورد تسمه گرم فولادی و فرآیندهای پایین‌دستی استفاده می‌شود. در حال حاضر شرکت ایزراپارسی تک برای کنترل سریع معایب از بازرسی سه بعدی استفاده می‌کند. بعضی از عیب‌های مشخص شده را می‌توان توسط سنگ‌زنی یا برش با شعله ترمیم کرد. اسلب‌های غیرقابل ترمیم را می‌توان کنار گذاشته و از نورد بیهوده آن جلوگیری کرد. 

اطلاعات همزمان دوبعدی و سه بعدی به ثبت می‌رسد و برای پیدا کردن ترک‌های طولی، لبه‌ای عرضی و سه پایه و نیز آثار نوسانات شدید به یکدیگر مرتبط می‌شوند. این سیستم می‌تواند تا 1100 درجه سانتیگراد میزان حرارت اسلب، آب و بخار کار کند. علاوه بر این، باید در نقطه‌ای قرار گیرد که دید تشکیل پوسته روی سطح اسلب را کور نکند. با توجه به تقاضای خاص مشتری نرم‌افزار این سیستم می‌تواند مشخص کند که آیا هر اسلب را می‌توان برای فرآیند بیشتر استفاده کرد یا خیر. 


بلبرینگ‌های جدید
 
در گوشه‌ای از نمایشگاه شرکت تیمکن بلبرینگ‌های جدید خود با ظرفیت‌های بالا را به نمایش گذاشته بود که ترکیبی از خواص بلبرینگ‌های سیلندری قدیمی با بلبرینگ‌های کروی یا گرد بوده و طراحی جدید دارد که برای قطعات پایه خط نورد در ریخته‌گری‌های پیوسته استفاده می‌شود. 

فناوری ADAPT این شرکت بلبرینگ‌های با ظرفیت بالا است که شامل مجموعه‌ای از یک حلقه داخلی، حلقه بیرونی و غلتک یا نگهداری آن است. این نگهدارنده غلتک‌ها را در حالتی نگه می‌دارد که ایجاد یک مجموعه واحدی می‌کند که طی سوار کردن یا پیاده کردن غلتک صدمه‌ای به آن نمی‌زند. طراحی اختصاصی آن به‌گونه‌ای است که سطح پروفیل داخلی طوقه خارجی و پروفیل غلتک‌های بلبرینگ در ترکیب با حلقه داخلی استوانه‌ای به بلبرینگ استحکام و انعطاف‌پذیری بالایی را می‌بخشد. با استفاده از این طراحی می‌توان شناوری محوری همزمان و غیرهم امتدادی تا 5/0 درجه (بدلیل خمش شافت را میسر ساخت که این امکان را می‌دهد که غلتک‌ها با رینگ استوانه داخلی همطراز شدند. 

گفته‌ می‌شود که شکل هندسی داخلی آن توزیع استرس تماس را بهبود بخشیده و پایداری غلتک را افزایش داده و در نتیجه عمر آن را بالا می‌برد. پروفیل‌های جدید طوقه خارجی غلتک‌های بلبرینگ این امکان را می‌دهد که خود را با بارهای متغیر خط منطبق کرده و قابل تطابق با اندازه‌های مختلف و ظرفیت ماشین ریخته‌گری است و اگر با غلتک‌های کامل استفاده شود ظرفیت بار را به حداکثر می‌رساند. قطعات قابل تفکیک بلبرینگ براحتی قابل نصب، تعویض و بازرسی است. این بلبرینگ‌ها در کارخانه‌ فولادسازی لینز اتریش مورد آزمایش قرار گرفته که نتیجه رضایتبخش بوده است. پیش‌بینی می‌شود که تولید سواری در آسیا (بدون چین) در سال 2011 به حدود 75 میلیون دستگاه برسد که پس از آن آمریکای‌جنوبی با 36 میلیون دستگاه، نفتا با 34 میلیون دستگاه، اروپای‌شرقی و مرکزی با 20 میلیون و اروپای‌غربی با 15 میلیون دستگاه تولید سواری در رده‌های بعدی قرار خواهند داشت و تا سال 2015 این روند افزایش تولید ادامه خواهد داشت. 

لازم به ذکر است که هر چهار سال یکبار نمایشگاه‌های متک، جیفا، ترم پروسس و نیوکست در دوسلدورف آلمان برگزار می‌شود که به المپیک صنایع ریخته‌گری و متالورژی معروف هستند.