صنایع ذوب و ریخته گری فلزات – به زبان ساده
ریخته گری ها دراماتیک هستند. کوره های عظیم که از حرارت می درخشند، تکه های فلز را به مایعات آتشین روان تبدیل می کنند. هنگامی که آماده شد، محتویات آنها در ملاقه های انتظار در میان بارانی از جرقه ریخته می شود. کارگران جریان فلز را از کوره به قالب در پشت سپرهای حرارتی هدایت می کنند و از خطرات دما و مواد محافظت می کنند. کف ریخته گری جایی است که طراحی در یک فرآیند خارق العاده که اشیاء روزمره را ایجاد می کند، واقعی می شود. نوآوری در ایجاد و حفظ دمای مورد نیاز برای آلیاژهای مختلف بخشی از تکامل متالورژی است. کار ذوب و ریختن فلز مانند صحنه‌هایی از کتاب‌های تاریخ به نظر می‌رسد، اما اینجاست که برخی از جالب‌ترین علم‌ها در حال وقوع است.
ساخت فلزات ریخته گری متکی به کوره هایی است که می توانند به اندازه کافی داغ شوند تا فلزات را به حالت مایع برسانند. اولین ذوب سنگ معدن در تاریخ بشر سرب و قلع بود: این فلزات نرم را می توان در حرارت آتش ذوب کرد. برای ایجاد فلزات قوی تر، متالوژیست ها به چیزی بیشتر از شعله چوب نیاز داشتند.
گرمای زیاد و پیشرفت انسان
عصر برنز به استحکام مس متکی بود. مس ممکن است ابتدا به طور تصادفی در یک کوره سفالگری که حداقل 200 درجه سانتیگراد گرمتر از آتش است ذوب شده باشد. فقدان سوابق مکتوب از آن زمان، اطمینان را سخت می کند. در طول عصر برنز، کوره‌های کوره‌مانند برای استخراج اجزای عنصری مختلف از سنگ که در دماهای مختلف ذوب می‌شدند استفاده می‌شد که مس بالاترین جایزه برای ساخت برنج و برنز خوب بود.
شواهدی مبنی بر استفاده انسان از آهن قبل از عصر آهن وجود دارد. با این حال، این اقلام از آهن کار شده ساخته شده بودند که به معنای واقعی کلمه از آسمان سقوط کرده بود – آهن شهاب سنگی در مقایسه با آهن زمینی به شکل نسبتاً خالصی است. می توان آن را گرم کرد و همانطور که پیدا شد کار کرد. با این حال، عصر آهن واقعی زمانی شروع شد که مردم فهمیدند چگونه آهن مفید را از سنگ معدن استخراج کنند و این نیاز به ذوب شدن به حالت نرم، تافی مانند، نزدیک به مایع یا مایع دارد. این پیشرفت در زمان‌های مختلف به نقاط مختلف جهان رسید، اما شامل اختراع کوره‌های شکوفه‌دار و ساخت آهسته دانش متالورژی آهنی بود. کوره‌های شکوفه‌دار به آهن اجازه می‌دهند تا به اندازه‌ای داغ باشد که بتوان آن را به سمت خلوص کار کرد، نه اینکه فلز را به حالت مذاب برساند، اما به کشف آهسته شیمی آهن کمک کرد. ذوب آهن یک چیز است: برای ساختن یک فلز قوی قابل استفاده به افزودن کربن مناسب نیاز است و کوره های شکوفه دار متکی به سوخت کربن بودند. هنگامی که کوره ها به اندازه ای گرم می شدند که آهن را ذوب می کردند، متالورژیست ها همچنین باید درک خود را از شارها، که افزودنی هایی هستند که برای کمک به خالص سازی فلز نهایی با جلوگیری از تشکیل اکسید استفاده می شوند، توسعه دهند.
پیشرفت های حاصل از ترکیب نوآورانه کوره و شیمی در طول تاریخ بشر ادامه داشته است. پیشرفت متالورژی آشکارا بر اساس نام آنها عصر برنز و آهن را آغاز کرد. انقلاب صنعتی ما را وارد عصر فولاد کرد. موتور احتراقی، راه‌آهن و شیوه‌های ساختمانی مدرن بدون پیشرفت مهمی به نام فرآیند بسمر امکان‌پذیر نخواهد بود، که اکسیژن را از طریق فولاد مذاب حباب می‌کند و اجازه می‌دهد دماهای داغ‌تر و زمان‌های تولید سریع‌تر تولید شود و امکان تولید انبوه فولاد با کیفیت را فراهم کند.
ذوب در مقابل ذوب
ذوب فرآیند حذف یک عنصر فلزی از سنگ معدن استخراج شده است. بیشتر فلزات به صورت رگه هایی در سنگ ها یا به عنوان بخشی از عناصر دیگر یافت می شوند. ذوب اولین مرحله استخراج است. ذوب کاری است که با آلیاژهای فلزی یا فلزات خالص انجام می شود. قراضه ذوب می شود، سنگ معدن ذوب می شود. آهن خام شمش آهن خشن است که از ذوب سنگ آهن ایجاد می شود.
کوره های انفجار
کوره بلند که کوره های بسیار بلندی هستند که با گازهای تحت فشار تزریق می شوند، برای ذوب استفاده می شوند. کوره‌های بلند عمدتاً شمش‌هایی از یک آلیاژ متوسط مانند آهن خام تولید می‌کنند. این شمش ها سپس به کارخانه های ریخته گری درگیر در تولید حمل می شود.
ریخته‌گری‌های تولیدی آلیاژها و افزودنی‌ها را می‌گیرند و آنها را ذوب می‌کنند تا درجات خاصی از فلزات ریخته‌گری شده را در انواع دیگر کوره‌های ذوب بسازند.
به طور سنتی، کوره‌های گنبدی و بوته‌ای رایج‌ترین روش‌های جعل فلزات برای ریخته‌گری بودند. در عصر مدرن، کوره های قوس الکتریکی و القایی رایج هستند.
کوره های بوته
کوره های بوته ابتدایی ترین شکل کوره فلزی هستند. بوته ظرفی ساخته شده از موادی است که می تواند دماهای فوق العاده بالایی را تحمل کند، اغلب از سرامیک یا سایر مواد نسوز ساخته شده است. آن را در منبع گرما قرار می دهند مانند یک دیگ که ممکن است در آتش بنشیند. بوته با فلز و مواد افزودنی پر یا شارژ می شود. و ریخته گری هایی که کارهای دسته ای بسیار کوچک انجام می دهند ، استفاده می شود در عصر مدرن، کوره های بوته هنوز توسط سازندگان جواهرات، علاقه مندان به حیاط خلوت، برخی از ریخته گری های غیر آهنی . بوته ها می توانند از یک فنجان بسیار کوچک که در آن فلزات با مشعل دمنده ذوب می شوند، مانند ظروف بزرگی که حاوی 50 پوند مواد هستند، متفاوت باشد. بوته های بزرگتر اغلب در داخل یک کوره کوره مانند قرار می گیرند و می توان آنها را برای ریختن بلند کرد یا مواد را از روی آن ریخته شود.
کوره های کوپلا
کوره های کوپولا بلند، دودکش مانند و پر از زغال سنگ و سایر مواد افزودنی هستند. سوخت داخل گنبد روشن می شود و هنگامی که کوره به اندازه کافی داغ شد، آهن خام و قراضه مستقیماً اضافه می شود. فرآیند ذوب آهن در اطراف کک و مواد افزودنی کربن و سایر عناصر را اضافه می کند و درجات مختلف آهن و فولاد تولید می کند. کوره های کوپولا دیگر معمولاً در تولید استفاده نمی شوند، زیرا روش های قوس الکتریکی و القایی در تولید گرمای مورد نیاز کارآمدتر هستند. با این حال، برخی مکان‌ها وجود دارد که سنت کوره‌های گنبدی را روشن نگه می‌دارد، مانند این ویدیوی دا شو هوآ، جایی که کارگران ریخته‌گری چینی آهن مذاب را به دیوار پرتاب می‌کنند تا جرقه‌های چشمگیری برای استقبال از سال نو ایجاد کنند.
کوره های قوس الکتریکی
(EAF) در اواخر دهه 1800 مورد استفاده قرار گرفت. الکترودها جریان الکتریکی را از طریق فلز داخل کوره عبور می دهند که موثرتر از افزودن گرمای خارجی هنگام ذوب حجم های بالا در یک زمان است. یک EAF بزرگ که در تولید فولاد استفاده می شود می تواند تا 400 تن را در خود جای دهد. یک “شارژ” از این فولاد اغلب از آهن سنگین مانند تخته ها و تیرها، ضایعات خرد شده از ماشین ها و سایر بازیافت ها و شمش های آهن خام از یک کارخانه ذوب ساخته می شود.
پس از پر شدن مخزن، الکترودها در فلز قرار می گیرند و قوس الکتریکی بین آنها عبور می کند. همانطور که فلز شروع به ذوب شدن می کند، الکترودها ممکن است بیشتر به داخل مخلوط فشار داده شوند یا برای ایجاد یک قوس بزرگتر از هم جدا شوند. حرارت و اکسیژن ممکن است برای سرعت بخشیدن به فرآیند اضافه شود. با شروع تشکیل فلز مذاب، ولتاژ را می توان افزایش داد، زیرا سرباره ایجاد شده در بالای فلز مانند یک پوشش محافظ برای سقف و سایر اجزای EAF عمل می کند.
وقتی همه چیز ذوب شد، کل کوره کج می شود تا فلز مایع به یک ملاقه زیر تخلیه شود. گاهی اوقات خود ملاقه ها می توانند کوره های EAF کوچکتری باشند که وظیفه دارند فلز را قبل از ریختن گرم نگه دارند.
کوره های القایی
کار با میدان های مغناطیسی به جای قوس الکتریکی. فلز در بوته ای که توسط یک آهنربای الکتریکی قوی ساخته شده از مس سیم پیچی احاطه شده است شارژ می شود. هنگامی که کوره القایی روشن می شود، سیم پیچ با وارد کردن یک جریان متناوب، میدان مغناطیسی معکوس سریع ایجاد می کند. همانطور که فلز ذوب می شود، آهنربای الکتریکی گرداب هایی در مایع ایجاد می کند که خود مواد را به هم می زند. گرما در یک کوره القایی با تحریک مولکول‌های موجود در خود آهن ایجاد می‌شود، به این معنی که هر چیزی که به داخل بوته می‌رود دقیقاً همان چیزی است که خارج می‌شود: اکسیژن یا گازهای دیگری به سیستم اضافه نمی‌شود. این به این معنی است که متغیرهای کمتری برای کنترل در حین ذوب وجود دارد، اما همچنین به این معنی است که نمی توان از کوره القایی برای پالایش فولاد استفاده کرد. آنچه داخل می شود، بیرون می آید. مانند یک کوره EAF، کوره های القایی اغلب با کج شدن به داخل ملاقه های زیر تخلیه می شوند.
کوره های القایی بسیار متداول هستند و زمانی که ورودی با کیفیت بالا به آنها داده شود، کارکرد آنها ساده است. مدل های معمولی می توانند با هر بار شارژ 65 تن فولاد تولید کنند.
تمام کوره های کف ریخته گری با یک دشمن کشنده روبرو هستند: بخار. آب، حتی در مقادیر کم، می تواند باعث پاشش یا انفجار شود، بنابراین تمام ضایعات و فروآلیاژها، و همچنین هر ابزاری که در تولید استفاده می شود، باید قبل از استفاده خشک شوند. ضایعات فلزی نباید دارای مناطق بسته ای باشد که ممکن است آب یا بخار در آن گیر کرده باشد. حتی ابزار مورد استفاده کارگران ریخته گری باید عاری از تراکم یا رطوبت باشد. بسیاری از ریخته‌گری‌ها برای اطمینان از خشک شدن ضایعات و ابزار قبل از تماس با کوره ریخته‌گری، یک کوره خشک‌کن دارند.
ملاقه ریخته گری
پس از ذوب شدن فلز، باید آن را وارد قالب کرد. در ریخته گری های کوچکتر، همه اینها ممکن است در یک مرحله اتفاق بیفتد: یک بوته کج یا بلند شونده ممکن است فلز را از کوره به ماسه ببرد. با این حال، زمانی که یک کوره چندین تن فلز را در خود جای دهد، این غیرعملی است. به طور معمول، در تولید آهن، ملاقه ها بخش های کوچکتری از مذاب را از کوره اصلی منتقل می کنند
در این سیستم ها، ملاقه ممکن است فلز را مستقیماً به قالب بیاورد. با این حال، یک ملاقه انتقال ممکن است مایع را به مخزن نگهدارنده یا کوره ثانویه ببرد. ملاقه های درمانی یکی دیگر از انواع موجود است که برای شکستن مذاب به قسمت هایی استفاده می شود، مانند اینکه نانوا ممکن است خمیر اصلی را جدا کند تا از آن به عنوان پایه دستور العمل های دیگر استفاده کند. به عنوان مثال، چدن مایع ممکن است دارای موادی در ملاقه تصفیه باشد تا کربن درون آن به‌جای پوسته پوسته شدن، کروی شکل شود و فلزی شکل‌پذیرتر به نام چدن شکل‌پذیر ایجاد کند .
ملاقه ها می توانند بسیار کوچک باشند و توسط کارگران ریخته گری بلند شوند یا می توانند چندین تن فلز را در خود نگه دارند و نیاز به پشتیبانی مکانیکی دارند. بزرگ‌ترین ملاقه‌ها از طریق یک ریخته‌گری با ماشین ملاقه یا توسط جرثقیل سقفی یا سیستم مسیر حرکت می‌کنند.
انواع ملاقه ها برای محافظت از کارگر در برابر پاشش، شعله یا جرقه در هنگام ریختن طراحی شده اند. برخی از ملاقه ها روی لبه بالایی یا دهانه ریزش می ریزند و باید کج شوند: اینها اغلب دارای چرخ دنده هایی هستند که به کارگر ریخته گری اجازه می دهد تا سرعت ریختن را به دقت کنترل کند. سایر ملاقه ها دهانه ریزش خود را در پایین سطل دارند و ریزش با برداشتن و تعویض دوشاخه کنترل می شود.
مخلوط کردن آلیاژها
آلیاژهای فلزی از مخلوطی از عناصر ساخته می‌شوند که با فرمولی استاندارد شده‌اند که درصد هر نوع و همچنین مراحل ساخت آن را مشخص می‌کند. کوره های ذوب و ملاقه های تصفیه یک ریخته گری جایی است که این انواع آلیاژ برای ریخته گری ایجاد می شود.
ریخته‌گری‌ها اغلب در آلیاژهای آهنی که حاوی آهن هستند یا آلیاژهای غیرآهنی خاص مانند فلزات گرانبها، آلیاژهای مبتنی بر مس یا آلیاژهای مبتنی بر آلومینیوم تخصص دارند.
آلیاژهای آهنی به آهن و فولاد طبقه بندی می شوند . آلیاژهای چدن شامل آهن خاکستری که شامل سیلیکون است و چدن شکل پذیر که دارای نوعی کربن کروی است می باشد. گریدهای فولاد ریخته‌گری با درصد کربن و سایر مواد افزودنی در مخلوط تعریف می‌شوند. فولاد ضد زنگ فولادی است که حاوی کروم است که به جلوگیری از زنگ زدگی از طریق غیرفعال شدن کمک می کند.
آلیاژهای غیر آهنی شامل تمام فلزات دیگر می شود، بنابراین جای تعجب نیست که تخصص بیشتری در ریخته گری های غیر آهنی وجود داشته باشد. برخی از مکان ها در روی، برخی در آلومینیوم تخصص دارند . برخی دیگر عمدتاً با آلیاژهای مبتنی بر مس مانند برنج و برنز کار می کنند. با این حال، کراس اوور وجود دارد. اگر یک ریخته گری خاص، برای مثال، هم با برنز و هم با آلومینیوم کار کند، احتمالاً در گریدهای خاصی از هر کدام تخصص خواهند داشت.
هر آلیاژی که یک ریخته گری با آن کار می کند، مقدمه ساخت فلز مذاب و ریخته گری به فضاهای خالی برای شکل دادن به آن یکسان است. یک ایده از لحظه ای که فلز در قالب جاری می شود، واقعی می شود.
اگر این مطلب را پسندیدید لطفا بر روی دکمه لایک کلیک کنید :