تعریف ریخته‌گری پیوسته 

ریخته‌گری یکی از روش‌های اصلی ساخت قطعات عموما فلزی است که بر اساس محصول نهایی به روش‌های مختلفی انجام می‌شود. در ابتدا برای ریخته‌گری قطعات از تکنیک ریخته‌گری یکباره استفاده می‌شد که برای قطعات بزرگ و حجیم اصلا مناسب نبود و انواع مشکلات ساختاری و متالورژیکی را به همراه داشت ولی در ادامه روش‌های دیگری برای ریخته‌گری این قطعات ابداع شد. روشی که برای ریخته‌گری قطعات بزرگ و حجیم در حال حاضر به کار برده می‌شود، ریخته‌گری پیوسته (مداوم) است. ریخته‌گری پیوسته بهترین شیوه برای ساخت شمش‌های فلزی به شمار می‌رود. بیشترین فلزاتی که به این شیوه ریخته می‌شوند عبارت هستند از آلومینیوم، برنج، مس، چدن و انواع فولاد.

در ریخته‌گری پیوسته ماده مذاب به شمشال، شمشه و تختال تبدیل می‌شود که همگی جز محصولات نیمه ساخته ریخته‌گری به حساب می‌آیند و عموما به عنوان ماده اولیه در صنایع مختلف صنعتی و ساختمانی به کار برده می‌شوند.

فرآیند ریخته‌گری پیوسته

در این روش تمام فرآیند ریخته‌گری همانند یک خط تولید بوده و در یک دستگاه مخصوص فرآیند ریخته‌گری تا سرد شدن نهایی قطعات به طور پیوسته انجام می‌شود و نیازی به توقف دستگاه و خارج کردن قطعات و انتقال آن‌ها به مرحله بعدی نیست. در ادامه این فرآیند به صورت خلاصه توضیح داده می‌شود.

ابتدا فلز مذاب را به درون کوره‌ای می‌ریزند و در این بخش انواع عملیات نظیر ترکیب آلیاژی، گاز زدایی و رساندن به دمای مطلوب اتفاق می‌افتد. مذاب را به منابع تغذیه (مخزن) که اولین بخش ریخته‌گری پیوسته هستند، منتقل می‌کنند. همواره یک منبع تغذیه آماده جهت جایگزین نمودن با این منبع تغذیه در نظر گرفته می‌شود. در مرحله بعد این مذاب توسط یک لوله دیرگداز به مخزن ثابتی به نام تاندیش وارد می‌شود. یکی از وظایف تاندیش کاهش دمای فلز مذاب و در نتیجه کاهش سیالیت آن است. وظیفه دیگر آن، تامین مذاب مورد نیاز برای کارکرد پیوسته دستگاه در حین تعویض منبع تغذیه است. علاوه بر این‌ها، مقدار تزریق فلز به قالب‌های ریخته‌گری هم توسط تاندیش تنظیم می‌شود. در ادامه فلز مذاب موجود در تاندیش توسط لوله‌هایی دیگر به درون قالب‌های مسی ریخته می‌شود. این قالب وظیفه شکل دهی و سرد کنندگی سطح اول فلز را بر عهده دارد برای این منظور از انواع روش‌های خنک‌کنندگی استفاده می‌شود به عنوان مثال قالب آب‌سرد می‌شود و نوسان‌هایی هم در عین حال انجام می‌دهد تا فلزی بر روی سطح درونی قالب باقی نماند. این قالب باید مقاومت به خوردگی بالا و قابلیت انتقال حرارت خوبی داشته باشد. در طی خنک‌کاری قالب، یک لایه‌ی نازک فلز که در مجاورت قالب قرار دارد منجمد می‌شود، این لایه را استرند می‌نامند. درون استرند همچنان فلز به شکل مذاب قرار دارد، از این رو استرندها توسط فضای بسته ریل‌های خنک کننده حمایت می‌شوند تا به واسطه فشار فرواستاتیک مذاب، تغییر شکل ندهند و یا دچار شکست نشوند. در این مرحله استرند توسط حجم زیاد آب خنک می‌شود تا انجماد مذاب درون آن سریع‌تر به وقوع بپیوندد.

در ادامه، فرآیند ریخته‌گری مداوم به شکل‌های مختلفی به پایان می‌رسد و بر اساس قطعه نهایی و جنس به کار برده شده از قطعات و روش‌های مختلفی استفاده می‌شود.

فرآیند ریخته‌گری مداوم هم به صورت افقی و هم به صورت عمودی انجام می‌شود که بیشتر از روش عمودی استفاده می‌شود و پس از تشکیل استرندها و مرحله دوم خنک‌کاری، توسط غلتک‌هایی به حالت افقی در می‌آیند. البته در مواردی خاص نظیر ریخته‌گری پیوسته آلومینیوم و مس از روش‌ افقی هم می‌توان استفاده کرد.

پس از خروج استرند از مرحله پاشش آب و منجمد شدن فلز، بر اساس قطعه نهایی مورد نظر انواع عملیات‌های مکانیکی انجام می‌شود. به عنوان مثال برای تولید تسمه‌های فلزی از نورد در ادامه بخش فوق استفاده می‌شود و یا برای تولید شمش، استرندها بر روی غلتک‌هایی کشیده می‌شوند و پس از رسیدن به اندازه مورد نظر توسط مشعل اکسی استیلن یا ابزار برش مکانیکی، بریده می‌شوند و در انتها خنک می‌شوند.

مزایا و معایب ریخته‌گری پیوسته

همان‌طور که می‌دانید، هر فرآیندی دارای مزایا و یکسری معایب و محدودیت‌ها است. فرآیند ریخته‌گری مداوم هم از این قاعده مستثنی نیست. در ادامه به این موارد اشاره کوتاهی خواهیم داشت:

مزایا

همانطور که اشاره شد بهترین روش برای ریخته‌گری حجم بالای فلزات، ریخته‌گری پیوسته(مداوم) است چرا که در این روش کیفیت نهایی محصول بسیار بالاتر از دیگر روش‌های ریخته‌گری می‌باشد، علت آن را هم می‌توان موارد زیر دانست:

1– تمیزی قطعه: به علت سرعت بالای انجماد، فلوتاسیون محتویات غیرفلزی به تاخیر می‌افتد و از تشکیل نواحی سست جلوگیری به عمل می‌آید.

2– عدم وجود ترک: از آنجایی که ریخته‌گری به صورت مداوم و پیوسته ادامه پیدا می‌کند و فرآیند خنک‌کاری به تدریج پیش می‌رود، ترکیبی همگن از ریز دانه‌ها خواهیم داشت که احتمال وجود ترک در قطعه نهایی را کم می‌کند.

3– عدم وجود ناخاصی: یکی از معایب ریخته‌گری ورود گازهای محلول مانند نیتروژن، هیدروژن و اکسیژن به قطعه است که پس از سرد شدن منجر به تشکیل سوراخ‌هایی در قطعه نهایی می‌شود و خواص مکانیکی را تحت تاثیر قرار می‌دهد. ولی در روش ریخته‌گری پیوسته به واسطه فرآیند حذف گاز، کمترین میزان وجود ناخالصی در قطعه نهایی را مشاهده می‌کنیم.

معایب و مشکلات

یکی از مشکلات شایع در فرآیند ریخته‌گری مداوم، خروج (گریز) فلز مذاب است. در مواقعی که استرند توان کافی و ضخامت کافی برای تحمل مذاب را نداشته باشد، شکسته می‌شود و فلز مذاب از آن خارج می‌شود که در این شرایط کل دستگاه ریخته‌گری باید متوقف شود و سیستم تمیز یا تعویض گردد، البته با بررسی دقیق پارامترهای دمایی فلز می‌توان از بروز این مشکل جلوگیری کرد.

یکی دیگر از معایب گزارش شده برای ریخته‌گری مداوم، مربوط به ترک خوردگی قطعه نهایی است که علت آن هم عدم به کار بردن نسبت‌های مناسب از ترکیبات مختلف می‌دانند و کارشناسان متالورژی معتقدند با به کار بردن نسبت‌های دقیق و استاندارد از فلزات مختلف در ایجاد آلیاژها می‌توان از بروز ترک در قطعات جلوگیری به عمل آورد.

امروزه با پیشرفت روزافزون تکنولوژی، ریخته‌گری مداوم هم راحتتر کنترل شده و سرعت و دقت فرآیند به شکلی بهینه درآمده است چرا که بسیاری از عملیات‌های ریخته‌گری پیوسته اکنون به کمک کامپیوتر کنترل می‌شود و چندین سنسور الکترومغناطیسی، حرارتی، تشعشعی در بخش‌های مختلف نظیر دهانه‌های ورودی تاندیش، قالب و بخش خنک‌کنندگی تعبیه شده است و به کمک آن‌ها دمای فلز، میزان فلوی آن و میزان سیالیت آن به طور دقیق پایش می‌شود. در ادامه سیستم‌های PLC به طور اتوماتیک سرعت و میزان ریخته‌گری، حرکت غلتک‌ها، پاشش آب و موارد دیگر را تنظیم می‌کنند.