وبلاگ تخصصی ساخت و تولید (ماشین ابزار)

مراحل تولید لوله چدن نشکن

واحد ذوب(Melting Section):

در این واحد ابتدا کوره ها جهت ذوب شارژ می شوند . مواد شارژ بسته به شرایط به دو حالت کلی زیر تقسیم بندی می شوند:

1) لوله ضایعاتی-پرسی-گرافیت

2) پرسی- قراضه باز-گرافیت-کاربید سیلیسیم

جهت انجام محاسبات و رسیدن به آنالیز مناسب درصد کربن و سیلیسیم قراضه باز و پرسی نادیده گرفته می شوند. در ضمن چند نمونه از محموله قراضه باز جهت بررسی عناصر مضر از جمله گوگرد و سایر عناصر به صورت تصادفی آنالیز می شوند تا درصد این عناصر به دلیل مشکلاتی که در ادامه ذکر می شود، بالا نروند.

بعد از ذوب شارژ و در صورت مطلوب بودن آنالیز آن، مذاب توسط پاتیل هایی به کوره نگهدارنده منتقل می شود. جهت ذوب شارژ از کوره های القایی استفاده می شود. این کوره ها دارای یک سری کویل مسی آب گرد که به صورت مارپیچ طراحی شده است، می باشند که هنگامی که از این کویل جریان زیادی عبور می کند، میدان مغناطیسی شدیدی ایجاد می شود . این میدان مغناطیسی در داخل شارژ به میدان الکتریکی تبدیل شده و بدین صورت فرآیند ذوب صورت می گیرد. مبنای تقسیم بندی کوره القایی بر اساس فرکانس کوره (فرکانس کم ، متوسط و بالا) و نیز با هسته یا بی هسته بودن آنهاست. لازم به ذکر است هرچه فرکانس کوره بالاتر باشد گرمای بیشتری در واحد زمان ایجاد شده و در نتیجه مذاب زودتر آماده می شود. شكل 2-1 تصویر شماتیكی از یك كوره القایی را نشان می دهد.

شكل 1-1- تصویری شماتیك از یك كوره القایی

بعد از آماده شدن مذاب با آنالیز مناسب و بلافاصله قبل از ریخته گری جهت نشکن سازی به آن فروسیلیکومنیزیم اضافه می شود. میزان اضافه کردن فروسیلیکومنیزیم بستگی به آنالیز ذوب قبل از نشکن سازی دارد.بطور کلی افزودن منیزیم به مذاب چدن چندان آسان نیست . منیزیم در دمای
°C 1100 می جوشد و با توجه به فشار بخار بالای آن در دمای عملیات، واکنش شدیدی ایجاد می شود که باعث اتلاف قابل ملاحظه منیزیم به شکل بخار می شود(که در اصطلاح به سوخت Mg معروف است). در طی عملیات، شعله منیزیم درخشانی ایجاد می شود که همراه با ایجاد اکسید منیزیم است. اکسید و سولفیدها به صورت سرباره روی سطح مذاب ایجاد می شوند که باید سعی شود این سرباره قبل از ریخته گری تا سر حد امکان خارج شود. چندین روش مختلف افزودن منیزیم به مذاب با درصدهای متفاوت بازیابی منیزیم وجود دارد که قبل از اشاره به آنها ابتدا درصد بازیابی منیزیم را تعریف می کنیم:

هرچه درصد بازیابی منیزیم به عدد 100 نزدیک شود، نشان دهنده سوخت کمتر و بازدهی بیشتر است.

متداول ترین روش افزودن فروسیلیکومنیزیم استفاده از روش ته پاتیلی است. در این روش ابتدا فروسیلیکومنیزیم در ته پاتیل نشکن سازی ریخته می شود و سپس عملیات نشکن سازی با ورود ذوب به داخل پاتیل صورت می گیرد. لازم به ذکر است که درصد بازیابی منیزیم در این روش بسیار پایین و در حدود 52% است.استفاده از روش های زیر سبب بهبود درصد بازیابی منیزیم می شود:

• استفاده بیشتر از روش تزریق بصورت سیم (Cored Wire):

در این روش یک لوله فولادی که در مغز آن منیزیم خالص قرار دارد، بعد از آماده سازی ذوب و قبل از ریختن آن ، وارد پاتیل می شود. سرعت و مقدار سیم تزریقی تابع پارامترهایی از جمله مقدار گوگرد چدن، درجه حرارت چدن و ... است. این روش دارای درصد بازیابی منیزیم مطلوبی است و با توجه به امكانات موجود باید سعی شود که در کارخانه برای عملیات كروی سازی بیشتر از این روش استفاده شود.

• استفاده از پاتیل درپوش دار یا روش تاندیش (Tundish Cover)

در این روش پاتیل دارای درپوشی است که بر روی این روپوش سوراخی جهت ورود ذوب به داخل پاتیل تعبیه شده است. از طرفی مواد کروی ساز و جوانه زا نیز در داخل پاتیل و در مکانی خاص قرار گرفته اند.وجود درپوش باعث میشود که: اولا مذاب به تدریج و آهسته وارد پاتیل می شود و در تماس با مواد کروی ساز قرار می گیرد، ثانیا از تبخیر و سوخت بیش از اندازه منیزیم نیز جلوگیری می کند. بنابراین استفاده از پاتیل درپوش دار درصد بازیابی منیزیم را بطور قابل ملاحظه ای افزایش می دهد ( تا حدود 65% ) و در ضمن باعث کاهش آلودگی محیط خواهد شد .

واحد لوله ریزی (Pipe Making Section)

ریخته گری گریز از مرکز (Centrifugal Casting)

اساس ریخته گری گریز از مرکز بر پایه ورود مذاب به قالبی دوار قرار دارد و در نتیجه نیروی حاصل از دوران محوری ( یا همان نیروی گریز از مرکز ) قادر به تامین فشار لازم برای پرشدن قالب می باشد. (ریخته گری گریز از مرکز به طور عمده برای تولید و تهیه لوله های چدنی استفاده می شود.)

نیروی دورانی دو خاصیت مهم دارد :

1) در جریان باریزی می تواند سراسر قالب را پرکند.

2) دیگر آنکه تا مرحله انجماد فشار زیادی بر قسمت های پرشده اعمال می کند.

3-1-2-اصول تولید

نیروی حاصل از دوران برابر است با:

كه پارامتر های

m = جرم جسم بر حسب کیلوگرم

r = شعاع دوران بر خسب متر

v = سرعت خطی دوران

w = سرعت زاویه ای دوران

می باشند.

چنانچه N سرعت دورانی در دقیقه منظور شود داریم:

رابطه فوق ارتباط بین سرعت دوران (محور عمودی)و قطر قالب (محور افقی) را نشان می دهد که شکل 2-1 نمودار آن را نشان می دهد.

مشخصات ریخته گری گریز از مرکز

1- ریز بودن دانه ها (به دلیل سرعت بالای انجماد و تلاطم و دوران مذاب)

2- امکان تولید قطعاتی سالم و بدون عیب

3- ایجاد ساختار ستونی و محوری به جای تشکیل ساختار نامطلوب دندریتی

عملیات لوله ریزی

همان طور که در شکل نیز دیده می شود ابتدا مذاب از پاتیل نشکن سازی داخل باریز ریخته می شود. سپس عملیات لوله ریزی توسط ماشین که قالب لوله در داخل آن با سرعت زیادی در حال چرخش است(بنا به روابطی که در بالا ذکر شد)، صورت می گیرد. می توان مراحل زیر را جهت تولید لوله در نظر گرفت:

1) مذاب ابتدا از باریز وارد زانویی و سپس داخل ناودانی می شود.

2) پس از پر شدن طول ناودانی از مذاب، ماشین لوله ریزی به سمت پایین حرکت طولی می کند.

3) لازم بذکر است در جلوی ماشین ماهیچه ای نیز نصب می شود تا قسمت سرکاسه لوله ایجاد شود.(مکانیزم اتصال لوله های تایتونی بر اساس قرار گرفتن انتهای هر لوله در قسمت سرکاسه لوله بعدی است.)

بطور كلی عملیات لوله ریزی وابسته به سه پارامتر اصلی زیر است:

1. حركت دورانی ماشین
2. حركت طولی ماشین
3. دبی و حجم ذوب ورودی از باریز

این سه پارامتر را می توان با تنظیمات دستگاه به گونه ای كنترل كرد كه نتیجه‌ آن تولید لوله ای سالم و بدون عیب باشد. نمونه ای از ماشین لوله ریزی در حین تولید و نیز حین خروج لوله پس از تولید، در زیر دیده می شوند:

عملیات حرارتی آنیلینگ

بعد از تولید لوله، به علت آنکه سرعت سرد شدن در جداره خارجی لوله بسیار زیاد می باشد، در این مناطق کاربید آهن یا همان سمانتیت (Fe₃C) زیادی ایجاد میشود و از آن جا که کاربید آهن بسیار سخت و از طرفی ترد است، باعث شکنندگی لوله می شود.

بنابراین لوله ها پس از تولید، وارد کوره عملیات حرارتی می شوند تا عملیات آنیلینگ بر روی انها انجام شود. در طی این عملیات کاربید آهن طی واکنش زیر تبدیل به گرافیت می شود:

گرافیت + آستنیت = Fe₃C

در ادامه و با گذر از دمای یوتکتویید آستنیت نیز به فریت و گرافیت تبدیل می شود:

گرافیت + فریت = آستنیت

سیکل عملیات حرارتی شامل پیش گرم(جهت جلوگیری از شوک حرارتی)، منطقه جهنم و در انتها سرد کردن می باشد که زمان اعمال این سیکل در حدود 45-40 دقیقه بطول می کشد.

واحد كنترل و تكمیل محصول

نظام کیفیت:

اهمیت کیفیت در تمامی فرآیندهای مهندسی، ساخت و تولید، تأمین مواد و ارایه خدمات شرکت و همچنین پایبندی همه سطوح سازمانی به حفظ محیط‌زیست و رعایت اصول ایمنی و بهداشت منجر به ایجاد سیستم جامع مدیریت (IMS) شامل نظام کیفیت بر پایه استاندارد 9001:2000 ISO و نظام زیست محیطی بر مبنای استاندارد 14001:2004 ISO و همچنین نظام ایمنی و بهداشت صنعتی بر مبنای استاندارد QHSAS 18001:1999 شده است. لازم به ذکر است که شرکت هامون نایزه دارنده گواهینامه 9001:2008 ISO از شرکت DQS آلمان می‌باشد. کنترل‌های دقیق کیفیت محصولات مختلف تولیدی در داخل شرکت برپایه اصول مهندسی کیفیت و با تکیه بر افراد مجرب و تجهیزات پیشرفته باعث شده است که محصولات با کیفیت تعیین شده تولید و آماده ارسال به مشتری گردد.

آزمایش‌های کنترل کیفی

آزمایش‌های کنترل کیفی شامل آزمایش‌های غیرمخرب و آزمایش‌های مخرب هستند. آزمایش‌های غیرمخرب بعد از عملیات ریخته‌گری بر روی تمامی لوله های تولید شده انجام می‌شوند در حالی که آزمایش‌های مخرب بر روی تعداد محدودی از لوله ها جهت حصول اطمینان از سلامت بودن فرآیند و برخورداری لوله تولید شده از خواص لازم صورت می‌گیرد. آزمایش‌های غیرمخرب شامل بازرسی چشمی، کنترل ابعادی، تست ضخامت سنجی به روش آلتراسونیك، آزمایش سختی سنجی(در صورتی که سختی سنجی در محل مناسبی از لوله صورت گیرد آزمایش غیرمخرب محسوب می‌شود) و.... می شود. آزمایش‌های مخرب نیز شامل تست کشش، خمش و متالوگرافی نمونه‌ها جهت اندازه‌گیری استحكام، درصد افزایش طول و سایر مشخصات می باشد.

تکمیل محصول

لوله ها پس از عملیات حرارتی و در حالی كه هنوز دمایشان بالاست؛ وارد دستگاهی می شوند تا پوشش روی به عنوان لایه اول بر سطح آنها اعمال شود. وجود روی در سطح لوله حفاظت كاتدی ایجاد می كند بدین معنا كه روی نسبت به آهن دارای پتانسیل یا همان E₀ منفی تری است و در نتیجه (در واكنش های مربوط به خوردگی) بهتر الكترون از دست می دهد. بنابراین چنانچه لوله در محیطی خورنده قرار گیرد ابتدا روی خورده شده و پس از انهدام كامل آن، سطح آهنی لوله خورده می شود. اعمال روی به دو روش صورت می گیرد:

1) اعمال روی فلزی توسط قوس الكتریكی

2) اعمال روی توسط محلول پایه آبی

در روش اول بین دو سیم از جنس روی با خلوص بالا كه به قطب های مثبت و منفی متصل شده اند، ولتاژ زیادی برقرار می شود در نتیجه ما بین آنها قوسی ایجاد می شود و بدین صورت روی ذوب شده و با فشار هوا بر روی سطح لوله ای كه به تازگی از كوره عملیات حرارتی خارج شده، قرار می گیرد در نتیجه نفوذ براحتی صورت گرفته و یك باند متالورژیكی قوی بین روی و لایه زیرین ایجاد می شود. كیفیت سطحی روی اعمال شده بسیار عالی است، علاوه بر آن در این روش نیازی به پیشگرم كردن لوله ها نبوده ولی از طرفی مصرف انرژی در این روش تقریبا بالاست.

تست هیدرواستاتیک:

مرحله بعد آزمایش فشار آب یا همان تست هیدرواستاتیك است. نحوه كار بدین شكل است كه پس از بسته شدن دو سر لوله میان فك های دستگاه، داخل آن از آب پر شده و فشار را بتدریج بالا می برند و پس از رسیدن به فشار مورد نظر، 15 ثانیه اعمال فشار ادامه میابد كه در طی این مدت نباید هیچ گونه نشتی مشاهده شود.

در ادامه بر روی لوله عملیاتی از قبیل دو پهن گیری ، سنگ زنی داخل سر كاسه و پخ زنی صورت گرفته و لوله ها وارد مرحله سیمان زنی می شوند.

هدف از اعمال سیمان، بهبود ضریب زبری سطحی لوله ها و در نتیجه عبور روان تر سیال از داخل آن می باشد. پارامتر های موثر بر كیفیت سیمان داخل لوله به قرار زیر است:

1. میزان آب
2. دانه بندی مواد اولیه (كه هر چه ریز تر باشد، بهتر است.)
3. میزان خاك
4. درصد اختلاط ماسه و سیمان

سپس لوله وارد محفظه پخت یا Curing می شود تا واكنش های سیمان طی مدتی 12 الی 14 ساعته صورت گیرد. بعد از این مرحله رنگ بیتومن به عنوان لایه نهایی بر سطح لوله اعمال می شود و لوله برای فروش در انبار دپو می شود. مراحل کلی تولید در شکل زیر بطور شماتیک نشان داده شده است.