آخرین دستاوردهای ریخته‌گری پیوسته

برای بزرگنمایی بر روی تصویر کلیک کنید.

دو انقلاب که در فناوری فرآیند فولاد‌سازی در اواخر قرن گذشته به وقوع پیوست عبارت بود از ریخته‌گری پیوسته فولاد و نورد اسلب نازک (TS/FR) که معروف هستند به ریخته‌گری اسلب نازک. در ریخته‌گری پیوسته (CC) فرآیند تولید شمش یا کنده (ingot) حذف شده و روی فولاد مذاب نورد بیشتری صورت می‌پذیرد تا محصولات نیمه نهایی تولید گردد. 

تکنولوژی ریخته‌گری اسلب نازک موجب کاهش هزینه تولید و اقتصادی شدن واحد نورد ورق از نظر حجم تولید شده که در نهایت باعث شد که چندین فولادسازی به ریخته‌گری شکل نهائی (Near-Net-Shape) اسلب و نورد مستقیم اسلب به محصول نهائی با هزینه کمتر و کیفیت بهتری روی آورند. 


ریخته‌گری پیوسته چیست؟ 

ریخته‌گری پیوسته (CC) فولاد یعنی شکل‌دهی پیوسته و مستقیم فولاد مذاب به مقاطع فولادی نیمه نهایی مانند بلوم، بیلت و اسلب که در نتیجه تولید کندله (ingot) و پس از آن نورد آن در واحدهای نورد اولیه حذف می‌گردد. 


پیشرفت‌هایی در ریخته‌گری پیوسته 

مزیت‌های بکارگیری ریخته‌گری پیوسته در فولاد‌سازی‌ها را می‌توان به شرح زیر خلاصه کرد: 

راندمان بالا: راندمان ریخته‌گری کنده به فولاد نیمه‌نهائی بین 82 تا 84 درصد است ولی راندمان در ریخته‌گری پیوسته که فولاد مذاب به محصول نیمه‌نهائی تبدیل می‌شود بین 95 تا 97 درصد است. 

ریخته‌گری پیوسته: فرآیند ریخته‌گری پیوسته در مقایسه با ریخته‌گری کنده 20 درصد از مصرف انرژی می‌کاهد. 
با حذف فرآیند نورد در واحدهای نورد اولیه که در ریخته‌گری کنده ضروری است، فرآیند ریخته‌گری پیوست از صرف زمان و هزینه اضافی می‌کاهد. 

کاهش نیروی کار در فرآیند ریخته‌گری پیوسته بهره‌وری را افزایش داده، شرایط محیط کار را بهبود بخشیده و از هزینه تولید می‌کاهد. 

اگرچه مزیت ریخته‌گری پیوسته در دهه 60 قرن پیش مشخص گردید، پذیرش آن در سطح جهانی به دو دهه طول کشید. در ابتدا حدود 80 درصد ماشین‌های ریخته‌گری ماشین‌های عمودی بودند. اما تا دهه 80 قرن گذشته ماشین‌های عمودی تغییر یافته و تقریباً 98 درصد آن به ماشین‌های ریخته‌گری پیوسته تبدیل شدند که در حال حاضر به شکل قوسی یا خمیده درآمده‌اند. 

در دهه 1960 حدود 5 درصد تولید فولاد خام در جهان به صورت پیوسته ریخته‌گری می‌شد. اما هم‌اکنون به حدود 95 درصد رسیده است. از سال 1993 تا سال 2009 رشد ریخته‌گری پیوسته در جهان در جدول شماره یک نشان داده شده است. 


ریخته‌گری پیوسته در هند 

تا اوایل دهه 80 سال گذشته فولادسازان هندی به طور کامل علاقه زیادی به آشنایی و بکارگیری تکنولوژی ریخته‌گری پیوسته و فرآیندهای مدرن مرتبط با آن نداشتند. این یک حقیقت است که فرآیند ریخته‌گری پیوسته نیازمند سرمایه‌گذاری بالاتری نسبت به ریخته‌گری کنده است اما مزیت‌های ریخته‌گری پیوسته این فرآیند را در نزد فولادسازان کشورهای مختلف جهان محبوب کرده است. حتی در سال 1981 کشورهایی مانند برزیل، مکزیک، ونزوئلا، مصر و اندونزی به ترتیب 4/36، 9/31، 2/62، 2/66 و 2/70 درصد ریخته‌گری پیوسته را در صنایع فولادسازی خود به کار گرفتند. در مقایسه با کشورهای فوق هند تا سال 1981 از فناوری CC استفاده نمی‌کرد. در اوایل دهه 1990 هند اولین ریخته‌گری شمش و ریخته‌گری اسلب خود را نصب کرد. اما وضعیت در دو دهه اخیر کاملاً تغییر کرده و همه تولید‌کنندگان در حجم قابل ملاحظه‌ای تکنولوژی ریخته‌گری پیوسته (CC) را به کار گرفتند. هند نیز سال 2010-2011 توانست در فرآیند فولاد خام خود از ریخته‌گری پیوسته استفاده کند. 


مشخصات کیفی محصولات ریخته‌گری پیوسته 

محصول ریخته‌گری پیوسته نه تنها باید از نظر ابعاد دقیق باشد بلکه باید از جنبه کیفی نیز تنوع داشته باشد. از جنبه‌های کیفی آن می‌توان به تمیز بودن، نداشتن ترک سطحی و نداشتن ناخالصی‌ها مختصراً به شرح زیر اشاره کرد: 

تمیزی: در ریخته‌گری پیوسته انجماد سریع فلوتاسیون محتویات غیرفلزی در رشته‌ها را نسبتاً به تاخیر می‌اندازد. این محتویات می‌تواند منتهی به تشکیل مناطق ضعیفی یا سستی گردد که در فرآیند بیشتر مشکلاتی را ایجاد می‌کند. 

ترک: انواع ترک یا شکاف‌ها را می‌توان در محصولات ریخته‌گری پیوسته در سطح و عمق مشاهده کرد. معمولاً این ترک‌ها به دلیل اینکه در معرض هوا قرار گرفته و در طی نورد جوش می‌خورند در مواقعی باعث عیب و ایراد در محصول می‌شوند. معمولاً برای از بین بردن ترک‌ها از برش شعله‌ای یا سنگ‌زنی استفاده می‌شود اما این اقدامات می‌تواند از میزان تولید یا بهره‌وری بکاهد. 


تجمع ناخالصی‌ها 

تجمع ناخالصی‌ها یا عناصر محلول مانند کربن، منگنز، گوگرد و فسفر باعث به وجود آمدن خواص ناهماهنگی در محصول می‌شوند. 


گاز محلول 

وجود گازهای محلول مانند نیتروژن، هیدروژن و اکسیژن منتهی به تشکیل سوراخ‌های سوزنی‌شکل در طی فرآیند انجماد می‌گردد. حضور این گازهای محلول خصوصاً نیتروژن باعث معایبی در خواص مکانیکی فولاد ریخته‌گری پیوسته می‌شود. 

طبق نظریه متخصصین فولاد، فولاد ریخته‌گری پیوسته می‌تواند در ترکیب معایب زیر را داشته باشد: 

محصولات ریخته‌گری پیوسته با محتوی کربن در مرحله Peritectic مستعد ترک‌خوردگی بوده و در نتیجه شاید طبق استانداردهای کیفی خاص نباشد. 

اگر نسبت منگنز و سولفور به نسبت کمتر از 20 باشد ترک به وجود می‌آید. 

میزان فسفر بالا قابلیت شکل‌پذیری بدون ایجاد ترک یا شکستگی (ductility) و استحکام فولاد را کاهش داده و درصد آن در اسلب فولادی باید کمتر از 025/0 درصد باشد. 

ریخته‌گری پیوسته تغییرات چشمگیری در طرز فکر فولادسازان هندی به وجود آورده و فناوری ریخته‌گری پیوسته در کشور پذیرفته شده و نتیجه بهبود کیفی محصولات نهائی و توان رقابتی فولادسازان کشور را ارتقاء بخشیده است. 


ریخته‌گری اسلب نازک 

در اواخر دهه 80 قرن پیش دور جدیدی از هیجان دنیای جهانی فولاد را فرا گرفت و آن دست یافتن به فناوری جدید معروف به ریخته‌گری اسلب نازک بود. ماشین‌های ریخته‌گری دهه 60 و 70 قرن پیش اسلب به ضخامت 200-250 میلی‌متر تولید می‌کردند اما ماشین‌های ریخته‌گری جدید اسلبی به ضخامت 50 تا 90 میلی‌متر تولید می‌کنند. 

اولین کارخانه ریخته‌گری اسلب نازک در جهان کارخانه فولادسازی ؟؟؟ در امریکا بود که در ژوئیه 1989 راه‌اندازی شد. فناوری به‌کار گرفته شده در آنجا تولید فشرده فولاد (CSP) نام داشت. این فرآیند توسط شولمن زیماگ آگ آلان ابداع شده که بین یک ماشین ریخته‌گری اسلب نازک با یک واحد نورد چند‌خطه برای تولید شمه نورد گرم با حداقل هزینه بدون هرگونه افت زیاد انرژی بین فرآیندهای ریخته‌گری و نورد، یک ارتباط مستقیم ایجاد می‌کند. 

دومین کارخانه نورد ورق اسلب نازک در جهان تحت عنوان (TS/FR) که اولین نسل این فرآیند بود در ایتالیا در سال 1992 با تکنولوژی نورد تسمه هم‌خط (In-Line Strip) راه‌اندازی گردید. تکنولوژی تسمه هم خط توسط مانسمان و ماگ آلان طراحی شده است. 


نسل دوم ماشین‌های ریخته‌گری اسلب نازک 

دومین نسل ماشین‌های ریخته‌گری اسلب نازک در حد زیادی پیشرفته شده است و دارای چندین مشخصه جدید است. این مشخصات شامل ترمزهای الکتروگلنتیک، قالب نوسانی هیدرولیکی و سیستم کاهش‌دهنده ضخامت ماهیچه اسلب مذاب (LCR) می‌باشند. تمامی این مشخصه‌ها موجب کاهش هزینه و بهبود عمده در کیفیت محصول شده است. 


انواع تکنولوژی‌های ریخته‌گری اسلب نازک (تکنولوژی CSP) 

در فناوری تولید فشرده اسلب (CSP) اس‌ ام‌ اس آگ آلان (پیشرو در زمینه تکنولوژی اسلب نازک) ماشین ریخته‌گری می‌تواند اسلبی به ضخامت 50 میلی‌متر تولید کند که در یک تونل (کوره متعادل‌کننده) گذشته و به‌طور مستقیم وارد قفسه نهائی یک واحد نورد تسمه گرم سنتی می‌شود. SMS با طراحی یک قالب قیفی شکل به یک دستاورد دست یافت که ورود نازل نیمه غوطه‌ور (SEN) را آسان‌تر می‌کند و در نتیجه موارد زیر بهبود می‌یابد: 

قابلیت اطمینان زیاد از ریخته‌گری در سرعت‌های بالا (حداکثر 6 متر در دقیقه) 

شار حرارتی یکنواخت در عرض و عمق قالب که یک کیفیت مطلوب در سطح در طول تسمه ایجاد نموده و تسمه با ضخامت کمتر از یک میلی‌متر به تسمه 1200 میلی‌متری ارجاع می‌شود. قالب قیفی‌ شکل ماشین ریخته‌گری CSP دارای یک نازل ورودی غوطه‌ور مطلوب است که می‌تواند موارد زیر را تضمین کند: 

سطح یکنواخت قالب 
تشکیل یکنواخت سرباره 
شار حرارتی یکنواخت 
اسلب خوب و سطح تسمه بدون هیچگونه ترک خوردگی طولی 
99 درصد قابلیت اطمینان بالای ریخته‌گری 
یک بار حرارتی یکنواخت و بهبود عمر مفید پلیت‌های مسی 
کنترل و جلوگیری از هرگونه توقف 

در سال‌های بعد با ابداعاتی در قسمت قالب و رهنمای رشته یا خط (Strand Guide) فناوری CSP بیشتر تکامل یافت. 

برای تولید ورق‌های تسمه‌ای بسیار نازک و انعطاف‌پذیری در ضخامت اسلب نازک (با توجه به ضخامت نهائی در یک واحد CSP و نیز انجماد گلوله‌ای رشته) یک فرآیند کاهش ضخامت اسلب مذاب (LCR) از زیر قالب شروع شده و یک فرآیند کاهش نرم در فاز انجماد نهائی که قبلاً در کارخانه‌های مختلف CSP به‌کار گرفته شده است، اتفاق می‌افتد. 

موسسه تحقیقاتی ورلد استیل داینامیک (WSD) تخمین زده بود که بر مبنای هزینه‌های سال 1999، هزینه تولید یک واحد فولادسازی با ظرفیت 4 میلیون تن در سال حدود 875 دلار در هر تن است در حالی که هزینه ساخت یک کارخانه CSP با ظرفیت 5/2 میلیون تن در سال 200 دلار در هر تن برآورد شده بود. 


فرایند تولید تسمه هم‌خط (ISP) 

تکنولوژی تولید تسمه هم‌خط مانسمان دماگ آلان ابداع و ساخته شده است. این تکنولوژی می‌تواند اسلب ضخیم 60 میلی‌متری را ریخته‌گری کند که در دو مرحله به شرح زیر این ضخامت کاهش پیدا می‌کند: 

ابتدا، ضخامت اسلب توسط غلطک‌های در زیر قالب به 40 میلی‌متر کاهش پیدا می‌کند. 

ضخامت اسلب که کاملاً منجمد شده است توسط سه قفسه شکل‌دهی به 15 میلی‌متر کاهش داده می‌شود که در نهایت ضخامت کلاف نورد گرم به 7/0 میلی‌متر تنزل پیدا می‌کند. 

تحول بیشتر در فرآیند ISP استفاده از قالب‌های مستطیلی است که کیفیت سطحی را بهبود بخشیده است. سایر دستاوردها در این فرآیند، تکنولوژی پوسته‌زدائی با فشار بسیار قوی است. 

مشخصه‌های اصلی فرآیند ISP که بهبود یافته است به شرح زیر است: 

قالب زرونانس چندکاره 
ریخته‌گری و نورد پیوسته با یک هسته یا ماهیچه مذاب 
کوره مرکب القائی و مخزن حرارتی گازی 
ایستگاه کلاف‌سازی و کلاف بازکنی برای تسمه‌های پیشرفته 
نورد دو‌مرحله‌ای 
نورد یکسره (بی‌انتها) برای تسمه‌های فو‌ق‌العاده نازک 
تکنولوژی نورد اسلب نازک انعطاف‌پذیر دانیلی (FTSR) 

ماشین ریخته‌گری اسلب نازک انعطاف‌پذیر دانیلی می‌تواند اسلب‌های به ضخامت 30 تا 140 میلی‌متر توسط قالب قوسی عدسی شکل با سرعت 5/0 متر یا 6 متر در هر دقیقه تولید کند. این تکنولوژی را دانیلی ایتالیا ابداع کرده است که اسلب‌ها از یک کوره حرارتی عبور داده شده و سپس به یک واحد شش قفسه‌ای انتقال پیدا می‌کند. هدف این فناوری به شرح زیر است: 

تولید تسمه‌های فوق‌العاده نازک و عریض و نازک، توسعه الگوی ابعادی انواع محصولات بدون کاهش راندمان 
پایدار کردن شرایط نورد برای بهبود کیفیت و راندمان 

حذف مشکلات مربوط به بهبود کیفیت و بهره‌وری و کاهش میزان شاخص Cobble نورد 


فناوری TSP 

در این فناوری نورد TSP یک ماشین ریخته‌گری اسلب واسطه دارد که ضخامت تولیدات آن بین 75 تا 150 میلی‌متر است و دو قفسه دوطرفه تسمه نورد گرم و کوره‌های گرمایشی کلاف در هر دو طرف نورد دارد که به یک ماشین ریخته‌گری متصل است. کیفیت سطحی آن خوبست چون سرعت ریخته‌گری آن آهسته‌تر است. این فرآیند انواع گریدهای کربنی را تولید می‌کند. در فرآیند TSP نیاز به سرمایه‌گذاری پایینی است چون نورد HS دارای دو قفسه است که کارخانه را فشرده‌تر و کوچک‌تر کرده و در نتیجه از میزان سرمایه‌گذاری زیر‌بنائی آن می‌کاهد. 

تکنولوژی TSP دو نوع ظرفیت دارد. TSP I برای ظرفیت یک میلیون تن در سال و TSP II تا دو میلیون تن یا بیشتر برای تولید تسمه کیفی تا ضخامت یک میلی‌متر. 


فرآیند Conroll 

این فرآیند توسط فوست آلپیس اتریش ابداع شده است که اسلب به ضخامت‌های 70 تا 100 میلی‌متر تولید می‌کند. اسلب‌ها از کوره‌های کف گهواری (Walking Beam) عبور داده می‌شود. فرآیند Conroll مدعی است که 30 درصد از مصرف انرژی می‌کاهد و در مقایسه با نورد HS 25 درصد از هزینه‌های ورودی‌های متالیکی و 25 درصد از میزان سرمایه‌گذاری را کاهش می‌دهد. 


فرآیند تولید تسمه کیفی (QSP) 

این فرآیند را سومیتومی ژاپن طراحی کرده است که در این کار صنایع سنگین میتسوبیشی نیز همکاری داشته است. کارخانه QSP دارای دو کوره قوس الکتریک DC با الکترودهای دوقلو، دو ایستگاه متالورژی پاتیلی و دو ماشین ریخته‌گری دوخطه است. این فرآیند تسمه را تا ضخامت یک میلی‌متر نورد می‌کند و ضخامت اسلب آن بین 70 تا 90 میلی‌متر است. 


تکنولوژی ریخته‌گری X اس ام اس زیماگ 

تکنولوژی X-Cast از طریق ریخته‌گری اسلب هوشمند (ISC) کنترل می‌شود. این فرآیند در سال 2007 توسط اس ام اس زیماگ طراحی شده است که پاسخگوی نیازهای روز است. در شرایط کنونی تقاضا به شرح زیر برای فولادهای مخصوصی افزایش یافته است: 

فولاد خط لوله برای لوله‌های با جداره ضخیم جهت کاربردهای دریایی 

انواع گریدهای خطوط لوله 

ورق‌های ضخیم برای کاربردهای مختلف 

فولادهای آلیاژی با ترکیبی از نیوبیونم، تیتانیوم، واندیوم و یا کرومیوم، مولیبدینوم 


غلطک‌های تفنگی آی‌استار ـ زیمنس فرست آلپین 

این غلطک‌های ریخته‌گری جدید نوع خشک توسط زیمنس فرست آلپین طراحی شده است که نیازی به آب خنک کننده ندارد. این نوع غلطک‌ها محصولات کیفی تولید کرده و از نظر حفظ محیط زیست مطلوب است. این فرآیند به مرحله بهره‌برداری صنعتی ریخته‌گری اسلب در افریقای جنوبی و کره جنوبی رسیده است.



منبع: Mesteel