میهن داکیومنت بزرگترین مرجع و مرکز دانلود پایان نامه (متن کامل فرمت ورد) فروش پایان نامه - خرید پایان نامه (کاردانی ، کارشناسی)همه رشته ها
حقوق اقتصاد مدیریت روانشناسی ریاضی تربیت بدنی کامپیوتر نرم افزار و سخت افزار عمران معماری برق صنایع غذایی علوم اجتماعی هنر علوم سیاسی فیزیک مکانیک حسابداری

تبلیغات کلیکی - افزایش رتبه گوگل

اگهی رایگان

گزارش كارآموزي کارخانه نورد و توليد قطعات فولادي


کد محصول : 1000953 نوع فایل : word تعداد صفحات : 47 صفحه قیمت محصول : 5000 تومان تعداد بازدید 971

فهرست مطالب و صفحات نخست


کارخانه نورد و توليد قطعات فولادي

مقدمه:
براي توليد ورقهاي فلزي دو روش کلي وجود دارد يکي ريخته‌گري مداوم و يکي ريخته‌گري تکباري.
در ريخته‌گري مداوم چون حجم مذاب توليدي بالا است مانند ذوب آهن اصفهان، مذاب با روش مخصوصي به طور پيوسته تبديل به شمش شده و در ادامه شمش در همان دماي بالا نورد شده که در نهايت تبديل به ورق مي‌شود اما در کارگاههاي توليد فولاد با ظرفيت توليد پايين چون حجم مذاب پايين است ابتدا مذاب را در قالبهاي چدني ريخته‌گري کرده و تختال توليد مي‌کند و بعد شمش به واحد نورد منتقل مي‌شود که پس از پيش گرم کردن تختال ، آن را نورد مي‌کنند و تختال به ورقهاي مورد نياز تبديل مي‌شود.
قالبهايي که در روش ريخته‌گري تک باري استفاده مي‌شوند انواع واقسام مختلف و زيادي دارند. که اين قالبها عمدتاً از جنس چدن خاکستري هستند و بنا به شکل و ابعاد شمش و نيز جنس شمش اين قالبها طراحي مي‌شوند که در يک تقسيم‌بندي کلي به قالبهاي شمش‌هاي آهني و قالبهاي شمش‌‌هاي غير آهني تقسيم بندي مي‌شوند.
يکي از مشکلات روش ريخته‌گري تک باري دارد فرسايش و از بين رفتن قالب است که هزينه اقتصادي زيادي را براي کارخانه بوجود مي‌آورد به همين جهت تحقيقات زيادي براي افزايش عمر قالبها شده است.
پژوهش حاضر در کارخانه نورد و توليد قطعات فولادي انجام گرفته و تلاش شده تا دو عيب عمده در قالبهاي مورد استفاده اين کارخانه که عبارتند از: ترک و خوردگي ، بهبود يابد .
 
چكيده :
قالب‌هايي كه براي ريخته گري شمشها استفاده مي شود چدني وازنوع خاكستري انتخاب مي شود كه اين انتخاب نيز بعلت انتقال حرارت خوب چدنهاي خاكستري است .
در چدنهاي خاكستري هر چه اندازه گرافيتها درشت تر باشد انتقال حرارت بيشتر
مي شود واين امر باعث مي شود كه در برخورد اول به ذهن خطور كند كه چون دماي مذاب شمش بالاست پس هر چه گرافيتها درشتتر باشند انتقال حرارت افزايش مي يابد وموجب مي شود كه در مقابل شوك حرارتي مقاوم تر بوده وديرتر ترك بخورد واين امر موجب افزايش عمر قالب شود .
ولي بعد از انجام اين پژوهش به اين نتيجه رسيديم كه اين تصور غلط است زيرا در شرايط كاركردي اين قالب ها خستگي حرارتي در قالب ايجاد مي شود واين خستگي حرارتي باعث ترك خوردن وشكستن قالب ها مي شود پس براي اينكه از ترك خوردن قالب ها جلوگيري كنيم بايد جلوي مكانيزم جوانه زني ترك خستگي ورشد آن را بگيريم كه اين مستلزم اين مي شود كه براي جلوگيري از   جوانه زني ترك سطح را سخت كنيم و نيز براي جلوگيري از رشد ترك استحكام مغز قالب را افزايش دهيم كه براي افزايش دادن استحكام مغز قالب بايد گرافيتهاي ورقه اي را ريز كرد پس براي افزايش عمر قالب بايد اندازه گرافيتها را توسط جوانه زني كنترل كرد .
عيب ديگري كه در اين قالب ها بوجود مي آيدخوردگي بر اثر فشار وحرارت مذاب شمش است كه اين مشكل را بايد با انتخاب پوششي مناسب بر طرف كرد .

فهرست :
عنوان                                        صفحه
فصل  اول - قالب هاي متداول براي توليد شمش فولادي    1
1-1- اندود و پوشش قالب    2
1-2- طرح قالب    4
1-3- اصول طراحي قالب     6
فصل دوم - قالب هاي افقي روباز     8
2-1- جنس قالب     9
2-2- طرح قالب     11
فصل سوم- قالب هاي كاربردي     12
فصل چهارم- عيوب ايجادي در اين قالب ها     13
فصل پنجم- منشاء عيوب و راه هاي مقابله    14
5-1- خوردگي     14
5-1-1- پوشش قالب     14
5-1-2- روش باريزي مناسب    25
5-1-2-1- باريزي از بالا ( مستقيم )    25
5-1-2-2- باريزي از پايين ( كف ريزي )    29
5-2- ترك    31
5-2-1- منشاء ريز ترك و راه مقابله با آن    32
عنوان                                        صفحه
5-2-2- منشاء رشد ترك وراه مقابله با آن    33
5-2-2-1- جوانه زني مذاب    34
فصل ششم - پيشنهادات وراهكارها    38
منا بع و مراجع    39
ضمائم

 فصل اول - قالب هاي متداول براي توليد شمش فولاد :
قالب ها معمولا از چدن وشرايط خاص از فولاد انتخاب مي شوند. عمر متوسط هر قالب معمولا 60-100 ذوب است و بدليل شرايط خوردگي و فرسودگي هاي حاصل از كار بسرعت معيوب مي گردند .
عوامل مؤثر در كاهش عمر قالب ها به اختصار عبارتند از :
الف . صدمات مكانيكي در جريان حمل ونقل قالب و تخليه ي شمش
ب . گسترش ترك هاي مويي سطحي قالب در اثر انبساط وانقباض مداوم قالب و نفوذ گازها در داخل ترك ها
ج . اكسايش سطحي قالب وسوختگي آن
د . فرسودگي در اثر اصطكاك مداوم
ر . خوردگي در جريان بار ريزي وانجماد
مشخصات فوق و ضعف تدريجي قالب در مقابل تغييرات مكانيكي يا متالورژيكي باعث تضعيف مشخصات و صافي سطح قالب و در نتيجه سطوح شمش خواهد شد كه افزايش هزينه ي تمام شده توليد را در برخواهد داشت.
قالب از چدن خاكستر با ساختار فريت- پرليت ومقادير اندكي از گرافيت ورقه اي ساخته مي شود و حتي الامكان از حضور سمانتيت آزاد در ساختار آن جلوگيري بعمل مي آيد .
درصد فازفريت درساختارچدن حدود 10-60 درصدتوصيه شده كه به نسبت اندازه قالب براي قالب هاي كوچك در حدود مينيمم و براي قالب هاي بسيار بزرگ در حدود ماكزيمم مقدار فاز فريت انتخاب مي شود بنابر عقيده‌ي (Bilnov)بيلنف تركيب شيميايي آلياژ قالب در حدود تركيب زير مناسب است : 
كربن 3/3 -4 درصد ، سيليسيم 1-2/2 درصد ، منگنز 8/0 -1 درصد ، فسفر 1/0-25/0 درصد ، گوگرد كمتر از 1/0 درصد و از اينرو محصولات كوره ي كوپل نسبت به محصولات انواع كوره هاي شعله اي وانعكاسي ترجيح دارد .
در عمل براي قالب هاي بزرگ وبا وزن بيش از 10 تن تركيب آلياژي برابر 6/3-9/3 درصد كربن ، 1-5/1 درصد سيليسيم و8/0 -1 درصد منگنز درنظر گرفته مي شود و براي قالب هاي كوچك به وزن كمتر از 5 تن فقط تركيب سيليسيم است كه حداقل برابر 5/1 درصد منظور شده وبه نسبت كوچكي قالب تا 2/2 درصد نيز مي رسد . چدن هاي آلياژي كه داراي مقاديري تيتانيم و واناديم هستندويا چدن هاي محتوي 4/0-8/0 درصد
نيكل باعث مي شوند كه قالب دوام وعمر متوسط بيشتري داشته باشد .

1-1- اندود وپوشش قالب :
اندودكاري وپوشش قالب در كليه ي فرايند هاي تكباري بعنوان عملي كه مي تواند دوام واستحكام قالب در مقابل عوامل مختلف سايش وفرسايش را توسعه دهد انجام مي گيرد .قالب ها عموما تا حدود 80-90 درجه ي سانتيگراد پيشگرم مي شوند وپوشش داخلي در لايه هاي نازك و متعددبرسطوح داخلي ماليده ويا پاشيده مي شوند . در تكرار لايه ها بايد دقت كرد تا لايه هاي زيرين كاملا خشك باشند .
  موادپوششي عموما از دو ماده ي اصلي چسب وذرات نسوز تشكيل مي شوند كه چسب ومواد پيوندي آنها از نوع فرار وقابل تبخير است ودر جريان باريزي بسرعت تبخير شده ودر فصل مشترك قالب ومذاب فيلم نازكي ايجاد مي نمايند . مواد غير فرار ونسوز نيز از برخورد مستقيم مذاب وديواره ي قالب جلوگيري ميكنند .
گرد زغال قير يكي از مهمترين مواد پوششي محسوب مي شودكه قبل از استفاده معمولا بمنظور تبخير رطوبت موجود در آن گرم مي شود اين گرد را با بنزين يا روغن تربانتين مخلوط كرده وبعنوان ماده ي پوششي بكار مي برند . مخلوط زغال قيري و الكل نيز از ماده هاي پوششي مناسب مي باشد .
آلوم کاري (Alitizing)  نيز روش ديگري است كه نمي توان آن را در دسته ي مواد پوششي منظور نمود در اين روش مخلوط پودر آلومينييم و رزين يا روغن سوخته را به سطح داخلي قالب ماليده و آن را تا 800 درجه ي سانتيگراد گرم مي كنند وبدين ترتيب آلومينييم در جداره ي قالب نفوذ كرده و در سطح نيز به آلومين تبديل مي شود . و به راحتي از جداره ي قالب محافظت مي كند. مخلوط پودر آلومينييم وفروسيليسيم در انواع
روغن ها و همچنين مخلوط گرافيت و روغن ها نيز از مواد پوششي مناسب محسوب
مي شوند.
در هر حال همانطور كه قبلا اشاره شد عوامل متعددي در كاهش عمر فالب مؤثر هستند . اين عوامل از جنس قالب ،طراحي قالب ،نوع مواد پوششي وروشهاي باريزي تشكيل
شده اندكه براساس مطالعات محققين مختلف وتدوين وآزمايشهاي  (Bacon)  بصورت زير فهرست بندي مي شوند :
الف . تركيب شيميايي مواد قالب
ب . شرايط فيزيكي و ساختاري قالب
ج . نوع و كيفيت مواد پوششي
ح . طراحي قالب كه عبارت است از : ضخامت ديواره ها ،طرح خارجي،زاويه هاي تند،سيستم تغذيه گذاري، روش بلند كردن و جابجايي قالب يا شمش
خ . شرايط مذاب كه عبارت است از : باردهي سريع، باريزي فوقاني ، تاخير در تخليه ي شمش پس از انجماد و فاصله ي زماني بسيار كوتاه در تناوب استفاده از قالب
چ . عدم تعبيه ي سيستم هاي جدا كننده شمش از قالب
بديهي است هر يك از عوامل فوق به پارامتر هاي ديگري بستگي دارند كه در كنار مطالب مربوط به طراحي و شكل قالب به آنها نيز استفاده خواهد شد .

1-2- طرح قالب :
طرح قالب مستقيما به درجه و نوع كاربرد فولاد وشمش بستگي دارد . قالب ها عموما يكپارچه ساخته مي شوند وبمنظور تسهيل خروج شمش از قالب شيب مناسبي در حدود 2-4 درصد در ديواره آنها تعبيه مي شود . با توجه به شيب در ديواره ي قالب وارتفاع شمش كاملا واضح است كه يكي از قاعده هاي قالب بزرگتر ازديگري است .
 واين مطلب باعث شده است كه در شمش ريزي تكباري فولاد به دو نوع قالب زير توجه شود :
الف : قالب هاي فراسر                                              ( Big end up ingot molds )
ب : قالب‌هاي فرو سر                        ( Big end down ingot molds )
قالب ها ي فرو سر نوع قديمي ترمحسوب مي شوند . اين قالب ها از دو طرف باز هستند ومعمولا قسمت وسيع قالب بر روي  يك پايه ي چدني يا مسي كه عملا كف  قالب را
مي سازد نصب مي گردد. پس از بارريزي و انجماد شمش قالب را بوسيله ي جراثقال و از طريق دستك هاي آن بالا كشيده و شمش ريخته شده را بر جاي مي گذارند قالبي است بسيار ساده با روشي تقريبا قديمي كه هنوز نيز موارد استفاده متعدد دارد .
قالب ها ي فراسر عموما در قسمت تحتاني نيز بسته هستند وفقط از يك نوع توپي بمنظور تسهيل شرايط تخليه شمش و يا امكان بارريزي از كف در آن ها استفاده
مي شود .
اين قالب ها معمولادر قسمت فوقاني بوسيله ي تش سر يا سرتغذيه محصور مي شوند واز اين رو پس از انجماد شمش گيرهاي جرثقال قسمت فوقاني را گرفته وشمش را خارج مي كند . تش سريا سرتغذيه فقط براي تسهيل تخليه شمش نبوده و بلكه در ايجاد جهت انجماد وكاهش ارتفاع نايچه نقش اساسي دارد .
نوع فولاد در طراحي قالب و تعيين شكل اوليه نقش موثري دارد . بطور مثال فولاد هاي ناآرام كه براي ساخت تختالهاي نوردي بكار مي روند معمولا در قالب هايي كه
ديواره‌ي آنها تحدبي نسبي دارد ريخته مي شوند تا از ايجاد ترك در قالب جلوگيري ميشود در اين حال تعبيه شيبي حدود 1-5/1 درصد وانتخاب قالب فروسرخروج شمش ريخته شده را بسرعت تنظيم و تسهيل مي نمايد .
مقاطع كنگره اي در عمل مي توانند از ترك خوردگي هاي سطحي شمش جلوگيري نمايد . زيرا بدليل افزايش سطح قالب انجماد با سرعت بيشتري پيش مي رود . ولي در مقابل اصطكاك  شمش و قالب در هنگام تخليه نيز افزايش مي يابد وهمين امر باعث كاهش عمر متوسط قالب مي شود . علاوه بر آن تميز كاري سطح با مشكلات بيشتري روبروشده واحتمال اكسايش جداره ي خارجي در سطوح ناهموار نيز بيشتر است .
افزايش موارد مصرف شمشه ، شمشال و تختال ، تمايل به توليد شمش هاي ريختگي بزرگتر را ايجاد مي نمايدو چون امكان گستردگي در سطوح مقاطع زياد  نيست ، لذا ارتفاع قالب ها بزرگتر انتخاب  مي كنند كه با افزايش حجم قالب ، سرعت بارريزي نيز در حدود مجاز افزايش مي يابد تا از انجماد زودرس مذاب در قالب جلوگيري شود .
قالب ها ي شبه بطري در مورد فولاد آرام و ناآرام مصرف مي شوند . فولادهاي آرام در قالب هاي فراسر و گاه فروسر ريخته مي شوند ولي در هر دو مورد از سر تغذيه يا                  تش سراستفاده بعمل مي آيد .

1-3- اصول طراحي قالب :
در چگونگي وطرح وساخت قالب هاي شمش همواره نكاتي مورد توجه قرار مي گيرد تا شمشريخته شده از نظر مشخصات متالورژيكي، سهولت توليدوكاهش هزينه تمام شده درشرايط مطلوب واقع شود.اين نكات عبارتنداز :
الف . تاثير قالب در سرد شدن شمش وكنترل ساختار دروني آن
ب . تسهيل شرايط نصب و برپايي قالب
پ . تسهيل شرايط بارريزي و كنترل آن
ت . سهولت خارج كردن شمش از قالب
ث . تسهيل شرايط تعمير و اندود قالب
مجموعه نكات متالورژيكي و تكنولوژيكي فوق را بوسيله ي تغييرات محيطي، اثرات سرد شوندگي، انحناءگوشها ضخامت ديواره ،شيب قالب ونسبت ارتفاع به قطرمتوسط قالب بيان كرده ودرطراحي قالب موردتوجه قرارميدهند.

توجه :
در قالب هاي فروسر چون شمش بكار رفته ناآرام است در هنگام انجماد شمش چون سطح مقطع سرشمش كمتر است زوتر منجمد شده ومانع خروج گاز مي شود در نتيجه در وسط شمش يك مك گازي بزرگ ايجاد مي شود
براي رفع اين عيب ابدايي شده و قالب با تغييراتي اصلاح شده است كه در اينجا آورده مي شود .

فصل دوم - قالب هاي افقي روباز  :
تختال ها و صفحات لازم بمنظور نورد  بعضي از فلزات نظير سرب ، قلع يا روي را در قالب هاي يك تكه روباز ميريزند. اين قالب ها براي ريختن فلزات خالص ويا آلياژهاي با دامنه ي انجماد كوتاه كه امكان تغذيه وتشكيل نايچه در آنها زياد است بكار مي رود .
قالبهاي افقي روباز بسيار ارزان ساخته مي شوند و كاربردآنها نيزسريع است .واز اين رو براي تختالهاي كوچك مناسب مي باشنداين قالب هابراي تختالها ي متوسط مسي نيز بكار ميروند . قالبهاي افقي از انواع ابتدايي قالبهاي شمش محسوب مي شوند و نمي توان آنها را براي عمليات مكانيكي دقيق بكار برد زيرا :
الف . سطح فوقاني قالب كه قسمتهاي عرض و طول را در برميگيرد همواره حاوي كشيدگي هاي سطحي ناشي  از انقباض است .
ب . سطح قطعه از مك هاي گازي ، سرباره و آخال پوشيده شده است .
پ . انجمادقطعه درسراسرضخامت بدليل اختلاف سطح يكنواخت نبوده ودرجريان نوردغيريكنواختي ضخامت باعث شكستگي و شكاف هاي طولي در قطعه مي شود .
با توجه به محدوديت‌هاي ذكرشده دربسياري موارد استفاده ازقالب‌هاي افقي روبازمستلزم عمليات تراشكاري و براده برداري سطحي تختال مي باشد كه بدليل افزايش قيمت تمام شده ، ترجيحا  از نوع  قالب هاي عمودي استفاده مي كنند . قالب ها ي روباز در شكل ها واندازهاي مختلف  ساخته مي شوند كه  از آن جمله  مي توان
قالب‌هاي  چرخه‌اي يا(Rings) كه براي ساختن صفحات گرد و با ضخامت محدود بكار مي روند نام برد . چرخه اي  اين قالب ها كه از ديرباز بكار مي‌روند ، بسيار ساده بوده وبراي صفحه ي كف ازصفحات يا ورق هاي فولادي استفاده مي شود . اين قالب ها براي ريختن قطعات چند كيلوگرمي تا 10 تن تغيير مي كند .

2-1- جنس قالب :
دو ماده وآلياژ اصلي كه در ساخت قالب هاي شمش براي فلزات غيرآهني بكار مي روند،
چدن خاكستري ومس مي باشند. بلوكه هاي گرافيتي نيزبراي شمشهاي كوچك قالب مناسبي محسوب مي شوند . نكته‌ي حائزاهميت درانتخاب مواد مناسب براي قالب ، هدايت حرارتي وگرماي ويژه ي آنهاست . تا دراثر تسريع آهنگ سرد شدن شمش درون قالب وتوزيع حرارتي مناسب در قالب ، ساختار مطلوبتري حاصل شود .
توزيع درجه ي حرارت در قالبهاي مسي همواره مطلوبتر ازقالبهاي چدني بوده وشدت انتقال حرارت در بوده وشدت انتقال حرارت درمراحل اوليه زمينه ي مناسب براي ايجاد مادون انجماد وهسته هاي تبريدي را فراهم مي سازد . توضيح  اين  نكته  ضروري  است كه تشكيل فاصله ي هوا در اثر انقباض پوسته ي اوليه و انبساط قالب ، يكي از عوامل مهم و مؤثر در نزديك  شدن نحوه ي انجماد  در قالب هاي  مختلف در مراحل بعدي انجماد محسوب مي شود و همين موضوع در آزمايش هاي مختلف بروز تناقضاتي را حاصل نموده است .
قالبهاي چدني براي فلزات ديرذوب نظير مس ، برنز وآلياژهاي نيكل دار بكار مي روند . متاسفانه پراكندگي در تركيب هاي شبميايي چدن قالب به حدي است كه گاه مي توان به بيان چدن خاكستري اكتفا نموده ولي در هر حال تركيب زير مي تواند تا حدودي دامنه ي تركيبي آلياژ قالب را مشخص نمايد :
كربن 8/2-6/3 درصد ، سيليسيم 2/1-2 درصد ، منگنز 7/0-2/1 درصد ، فسفر 1/0-3/0 درصد ، گوگرد 05/0-1/0 درصد
ازطرف ديگرمطالعات ساختاردروني قالبهايي با تركيب فوق ، نمايانگر آن است كه افزايش زمينه‌ي فريتي نسبت به زمينه ي پرليتي در دوام قالب وافزايش بهره وري آن مؤثراست ، چدنهايي باتركيب فوق وساختار فريتي ولايه هاي كوتاه گرافيت در مقابل ترك هاي سطحي ناشي ازشوك هاي حرارتي از مقاومت نسبتا خوبي برخوردار هستند . بطور اجمال تركيب و ساختار چدن بايد بگونه اي باشد كه شوك حرارتي را به خوبي تحمل كند و درمقابل حرارت بارريزي پايدار وبدون تغييرباشد . بعبارت ديگر اين چدنها در مقابل تنش ، رشد ، تبلور مجدد مقاوم بوده و عموما  قبل از استفاده تحت عمليات تابكاري به معني تنش زدايي  قرار مي گيرند .
مس بتنهايي درساخت قالب بكار نمي رود ، زيرا در حالي كه از نظر هدايت حرارتي مس مكان ويژه‌اي دارد فلزي است نرم و قابل تغيير شكل كه براي قالب مناسب نيست . درعمل مس ورقه اي و يا لوله هاي بدون درز را بعنوان سطح قالب در انواع قالب هاي آب گرد (Water cooled) بكار مي برند ودر اين حال گردش مداوم آب از اعمال حرارت به سطح مس جلوگيري ميكند. در اين قالب ها از مس خالص تجارتي با قابليت هدايت حرارتي بالا استفاده به عمل مي آيد .
خورندگي (Erosion) حاصل از جريان مذاب وسيكل حرارتي در قالب ، باعث فرسودگي شده وپس از چندين مرتبه استفاده از قالب ، تركهاي سطحي و لكه هايي برسطح آن ظاهر ميشودكه مانع از انقباض آزاد شمش گرديده ودرنتيجه ترك هاي سطحي درشمش ظاهر شده وعلاوه بر آن بيرون آوردن شمش از قالب را مشكل مي سازد .
فرسودگي قالب هاي چدني از دو نظر مورد مطالعه قرار مي گيرد :
اول ، خوردگي  (Corrosion) وانحلال آهن در مذاب برخي از فلزات نظير آلومينييم كه با عمليات اندودكاري وپوشش سطح قالب ، جلوگيري مي شود .
دوم، واكنشهاي تركيبي بين كربن موجود در قالب واكسيژن موجود درمذاب(بيشتر درآلياژهاي مس) كه علاوه بر فرسودگي  سريع قالب ، بروز مك هاي  سطحي در شمش را  نيز بدنبال دارد . روش هاي تكنولوژيكي نظير كنترل سيكل حرارتي به مفهوم پيش گرم كردن قالب وجلوگيري از نوسانات شديد حرارتي و همچنين پوشش كاري سطح قالب به ميزان وسيعي بر دوام قالب ها مي افزايد .

2-2- طرح قالب :
قالب هاي شمش ريزي از طريق تراشكاري برروي تكه هاي چدني حاصل مي شوند ودر بعضي موارد مانند قالب هاي كوچك مي توان قالب را مستقيما از طريق ريختگري تهيه نمود.
سطح داخلي قالب ها عموما ماشينكاري ميشود وهدف ازطراحي قالب آن است كه شرايط ماشينكاري بر روي سطوح قالب را همزمان با امكانات تعميركاري وسيكل كاربردي قالب ازنظر بارريزي ، خارج كردن قطعه اندودكاري وتميزكاري آن تسهيل نمايد .
ضخامت ديواره ي قالب معمولا برابر ضخامت تختال يا قطرشمشال طراحي ميشود ولي درعمل براي تختالهايي به ضخامت كمتر از 5/2 سانتي متر ويا بيشتر از 5/7 سانتي متر نسبت فوق رعايت نمي شود .
از طرف  ديگر دامنه ي تنوع به حدي است كه  در هر مورد  بايد عملا  از طريق تجربه ، محدوده‌ي ضخامت انتخاب شود . روش ديگر آن است كه ضخامت و ابعاد قالب را
بگونه اي انتخاب كنند كه حجم قالب دو برابر حجم شمش باشد تا قدرت تبريدي آن افزايش يابد .

فصل سوم - قالب هاي كاربردي :
همانطور كه ذكر شد مي توان قالب هاي شمش را به دو دسته تقسيم بندي كرد كه عبارتست از :
الف . قالب هاي شمشهاي آهني                             ب . قالب هاي شمشهاي غير آهني
در اين كارخانه تختال هاي فولادي توليد مي شود واگر طبق مطالب سابق الذكر بخواهيم قالبي براي اين نوع توليد انتخاب كنيم بايد از قالب هاي فروسراستفاده كنيم ولي بعلت بالابردن سرعت توليد وسهل شدن كار با قالب دركارخانه‌ براي توليد تختالهاي فولادي از قالبهاي افقي روباز استفاده مي شود .
در اين کارخانه دو اندازه بزرگ و کوچک به نام‌هايD  و B از اين طرح قالب تهيه شده است. 
قالبهاي نوع D  بزرگتر بوده وضخامت ديواره هاي آن نيز بيشتر است اين قالبها  داراي  وزني معادل3060 کيلوگرم هستند. قالب‌هاي نوع D عمر كوتاهتري نسبت به قالب هاي نوع B داشته و سريع ميشكنند كه اين موضوع باعث شده هزينه ي اقتصادي سنگيني بردوش كارخانه تحميل شود مضافاً اينكه بعلت بزرگ بودن ابعاد اين قالب ها ، قطعات شكسته شده ي اين قالبها  از دهانه ي كوره‌ي5/3 تن كارخانه عبور نمي كنند و نمي توان از آنها بعنوان قراضه ي برگشتي استفاده كرد .
جنس اين قالب ها چدن خاكستري بوده و تركيب شيميايي آنها عبارتست از :
8/3درصدكربن ، 2درصد سيليسيم ، 83/0 درصدمنگنز ، 17/0 درصد فسفر ، 44/0درصدگوگرد، 08/0 درصد كرم ، 16/0 درصد قلع ، كمتر از 007/0 درصد مس ، 11/0 درصد نيكل ، 07/0 درصد موليبدن ، 01/0 درصد واناديم ، 04/0 درصد تيتانيم .
ساختار اين قالبها داراي گرافيتهايي از نوع  C  است وقراضه استفاده شده براي توليد اين قالب 100 درصد قراضه هاي فولادي خريدني است .

فصل چهارم- عيوب ايجادي در قالب ها :
دو عيب عمده در قالب هاي نوع D  بوجود مي آيد كه عبارتست از:
الف . ترك كه منجر به شكستن قالب مي شود               
ب . خوردگي وسوختگي وحفره در كف قالب
فصل پنجم- منشاء عيوب و راه هاي رفع آنها :
براي رفع اين دو عيب ابتدا بايد منشاء عيب را پيدا كرد تا مناسب با آن به بحث در رابطه با رفع مشكل پرداخت .

5-1- خوردگي :
منشاء خوردگي و ايجاد سوختگي وحفره در كف قالب وجود دماي فوق گداز بالا وفشار مذاب در كف قالب در هنگام ريختگري است . وبعد از ايجاد سوختگي وحفره از اين طريق چون مذاب در كف قالب سيلان  دارد دائما اين حفرات گسترش مي يابند و رفته رفته بزرگتر مي شوند .
راهكارهاي جلوگيري از اين عيب با توجه به منشاء عيب عبارتست از :
 انتخاب جنس مناسب براي پوشش قالب ، پوشش دهي صحيح و يكنواخت قالب و بارريزي صحيح .
همانطور كه ذكر شد چند فاكتور در تعيين جنس پوشش قالب مؤثرند كه عبارتند از :
جنس قالب ، تركيب مذاب ودماي بارريزي .

5-1-1- پوشش قالب :
«يادآوري : قالبهاي فروسر از دو طرف باز هستند وبر روي صفحه چدني اي به شكل تختال قرار مي‌گيرند كه به آن اصطلاحا Stool مي‌گويند ومذاب شمش بطور مستقيم بر روي آن ريخته مي شود .»
با كمي دقت متوجه مي شويم كه شرايط كاركردي Stool و كف قالب افقي روباز در اين كارخانه شبيه يكديگر است بطوري که از لحاظ جنس واز لحاظ تركيب ودماي مذاب شمش وشرايط بارريزي كاملا شباهت دارند پس براي قالبهاي افقي روباز در اين كارخانه بايد از پوششي استفاده كرد كه در پوشش دهي    Stool استفاده ميشود.
حال در اينجا متن دو Patent كه در رابطه با پوشش مناسب براي Stool است آورده ميشود ولازم بذكر است كه تركيبات پيشنهادي در اين دو يكسان است اما درصدهاي پيشنهادي متفاوتند وبعلت اينكه بخش توضيحات اين دوPatent شبيه هم است ، ابتدا قسمت شرح آورده مي شود ودر ادامه آن قسمتهايي كه با هم متفاوتند را اين دو بترتيب تقدم و تاخر زماني ابداع ذكر مي شود .

شرح :
تمام شمشهاي فلزي در قالبها ريختگري ميشوند . اين قالب ها بر روي تكيه گاهي كه به
 Stool شناخته شده قرار ميگيرند. صفحه‌ي Stool پهن ، معمولا تختالهايي مستطيل وتخت فلزي هستندكه عموما چدني‌اند ومثل تكيه گاهي براي اضلاع قالب فروسر استفاده مي شود و همچنين بخش تحتاني قالب را شكل مي دهد .
مشكلات مختلفي در استفاده از اين صفحات رخ مي دهد ومخصوصا نسبت به سطح صفحه قالب كه با مذاب در تماس است .
اولا ، صفحه ي فلزي اي كه به خوبي پوشش داده نشده درحضور مذاب فلز كه بصورت آبشاري از بالا روي صفحات ريخته مي شود بسرعت فرسوده شده و در آن حفره هايي (Pit) بر اثر خوردگي ايجاد مي شود.
سوختگي وسيع ايجاد شده در  بخش تحتاني به  سبب  نيرو و دماي بالا ، توسط سيلان مذابي كه در تماس با Stool است گسترش مي يابد . از آنجايي كه بسياري از قالبها (قالب هاي فروسر) تقريبا  5-10 فوت ارتفاع  دارند ، مذاب حداقل بايد از ارتفاعي برابر اين فاصله ريخته شود و غالبا از ارتفاع هاي بالاتر ريخته مي شود .
 يك ارتفاع فشار به اين سبب ايجاد مي شود بنابراين مذاب داغ شكافها و گوديهايي در بخشهاي تحت چنين فشاري را به آساني مي گدازد (در دماهايي كمتر از دماي تبخير ) . بعلاوه مشكل ايجاد حفرات وگداختگيها در بخش‌هاي تحتاني قالبها كه توسط عوامل فوق ايجاد شده  بدتر مي‌شود مخصوصا در نزديك كف قالب.
 مذاب فلز در قالب شمش منجمد مي‌شود به اين سبب داراي سطحي شكل گرفته بر طبق سطح فرسوده شده ي نامطلوب Stool يا بخشهاي تحتاني قالب است.
بنابراين مقدار زيادي از شمش(هنگام خارج كردن از قالب وفرآيندهاي ثانويه روي
تختال ها يا شمشه ها ) در طي برشكاري ته تختال كه نامنظم شكل گرفته از دست
مي رود. البته اين خيلي نامطلوب است چون باعث از دست رفتن بي مورد فلز قابل استفاده و افزايش ضايعات فرآيندهاي ثانويه ميشود.
مشكل جدي ديگر پس از انجماد شمش در قالب بوجود مي آيد . در بسياري موارد اگر سطح Stool پوشش داده نشده باشد يا ناقص پوشش داده شده باشد و خوردگي در آن ايجاد شود شمش تمايل زيادي به چسبيدن به Stool دارد. بنابراين بعد ازبرداشتن ديواره هاي قالب از دور شمش ، شمش بايد با فشار ازStool جدا شود (فرآيندي كه در صورت پوشش دهي مي تواند به راحتي انجام شود).اين كار معمولا بوسيله ي بلند كردن شمش  و Stool چسبيده شده به آن و وارد كردن نيرو در جهت مخالف به آنها براي اينكه شمش تكان خورده و آزاد شود انجام ميشود.
در بسياري موارد Stool و شمش از ارتفاع مناسبي روي زمين انداخته مي شوند در چنين حالتي ، اغلب Stool به دو يا چند تكه كوچكتر مي شكند و بعدا ديگر قابل استفاده نيست . 
بعلاوه هزينه‌ي جايگزيني اين Stool ها بالاست ،توليدبا اين وضع قدري زيان آور است. چنين مشكلي در قالبهاي فراسر نيز در جاهايي كه به قالب مي‌چسبد وجود دارد ، مخصوصا در بخش هاي تحتاني آنها . قالب هاي جديد از اين نوع آسيب پذيرترند بدليل اينكه سطح صاف آنها توسط لايه هايي از اكسيد فلزي يا   Scale پوشيده نشده است. 
ترك خوردن قالب ها و مخصوصا بخش هاي تحتاني آنها بدليل مسائل فوق الذكر و ناهمواري هاي بوجود آمده توسط چسبيدن شمش وقسمتهاي تحتاني قالب ، توسط شوكهاي حرارتي بوجود آمده طي انجماد شمش افزايش مي يابد. سطوح تحتاني قالب كه پوشش داده نشده يا نامناسب پوشش داده شده نسبت به تخريب توسط شوكهاي حرارتي مستعدترند .
راه حل هاي زيادي براي كم كردن مشكلات فوق الذكر در رابطه با خوردگي بخش هاي تحتاني قالب هاي شمش پيشنهاد شده . شماري از پوشش هاي نسوز پيشنهاد شد اما آنها رضايت بخش نبود .
هنگامي که Refractory stool patch با موفقيت تجاري روبرو شدند ، اين  Patch ها
كاملا رضايت بخش نبود .
چونكه بعد از چندين بار ريختگري ممكن است آنها تمايل به ترك يا پيليسه شدن پيدا كنند وبصورت آخال در مذاب فلز ظاهر شوند چنين چيزي در مورد Refractory insert ها نيز اتفاق مي افتد. بعد از اينكه Insert ساييده مي شود، مذاب در زير يا سرتاسر Insert جاري مي شود و باعث ايجاد آخالهاي فلزي در شمش مي شود كه انجام عمليات گران Butt cropping را واجب مي كند. اگر تعمير سريع و ارزان Stool براي افزايش عمر آن 
ميسر بود ، به يك پيشرفت مهم مي شد دست يافت .

اهداف :
بنابراين تهيه يك طرح قابل اسپري ، قابل پمپ و نسوزكاري Stool يك هدف در اين ابداع  است .
هدف ديگر اين ابداع  تهيه تركيبي است كه وقتي در Stoolاستفاده شد ( حال Stool  ممکن است داراي Insert يا Refractory patch باشد يا نباشد ) آخالهاي فلزي در شمش ايجاد نكند .

«توجه :در اينجا دو تركيب ارائه شده در با درصدهاي مختلف بيان مي شود كه دومي بعد از اولي وبعد از تحقيقات بيشتر ارائه شده و داراي مزاياي بهتري است»

الف : Patent شماره ي 204188416         تاريخ بايگاني :  1987/12/05                  
خواسته ي ما :
1 . فرآيندي براي تعمير صفحه قالب شمش(Stool) كه شامل :
1-1-  اسپري كردن صفحه ي قالب با تركيبي شامل:
1-1-1-5/49 درصد دانه هاي نسوز آلومينا سيليكات با مش 20
1-1-2-  56/11 درصد دانه هاي نسوز آلومينا سيليكات با مش 200
1-1-3- 21/13 درصد آلومينا با مش 325
1-1-4-  75/1 درصد خاك بنتونيت با مش 325
1-1-5-  99/11 درصد از روغني با تركيب :
1-1-5-1- 77 درصد اسيد فسفريك 75 درصد
1-1-5-2- 2/11 درصد آلومينا تري هيدرات
1-1-5-3-  35/2 پودر اسيد بوريك
1-1-5-4-   45/9 درصد آب
1-1-6-  99/11 درصد آب
تركيب گفته شده مايع و قابل اسپري توسط يك شيلنگ به قطر يك اينچ وطول 75 فوت است .
1-2- انتخاب تركيب گفته شده براي بهينه شدن استفاده‌از گرماي باقي مانده در Stool و
1-3-  بازيافت صفحه قالب تعمير شده است .
مواد آلومينا سيليكات اين ابداع  بايد 47 درصد وزني را شامل شوند . تقريبا 50 درصد اين تركيب از همين موادي كه اندازه آنها بزرگتر از 20 مش نيست تشكيل شده . تقريبا 5/11 درصد از اين تركيب از همين مواد تشكيل شده كه اندازه آنها بزرگتر 200 مش نيست .
آلوميناي موجود در اين تركيب (21/13 درصد ) ترجيحا با اندازه ذرات بسيار ريز وجود دارد ، با اندازه اي كه بزرگتر از 325 مش نيست . خاك استفاده شده در اين ابداع  تقريبا 57/1 درصد تركيب را تشكيل مي دهد .
مجددا يادآوري مي شود كه اندازه ذرات مهم است .
روغن نسوز استفاده شده در اين ابداع  اسيد آلومينا فسفريك است . اينكه روغني از مواد نسوز در تركيب باشد مهم است وباعث سخت شدن وبهبود مواد در هنگام اسپري كردن در قالب گرم مي شود .

ب . Patent   شماره ي  204303700                       تاريخ بايگاني : 1980/09/02
خواسته ي ما  (We claim) :
1. فرآيندي براي تعمير صفحه قالب (Stool) كه عبارتست از :
1-1-  يك ماده‌ي Tixotropic  كه هنگام پوشش دهي روي Stool خودكار سطح يكنواختي ايجاد كند تشكيل  شده از :
1-1-1- 50-80 درصد پودر آلومينا سيليكات كه 10-25 درصد آن با مش 200 و 75-90 درصد آن با مش 15-30
1-1-2- 4-17 درصد وزني پودر آلومينا با مش 200-400
1-1-3- 2/0-5 درصد خاك بنتونيت با مش 200-400
1-1-4- 2-25 درصد روغن با تركيب :
1-1-4-1- 70-80 درصد از اسيد فسفريك 75 درصد
1-1-4-2- 2/5 درصد آلومينا تري هيدرات
1-1-4-3- 1-7 درصد اسيد بوريك
1-1-4-4- 2-18 درصد آب
1-1-5- 5-30 درصد آب
1-2- ريختن مواد گفته شده روي صفحه قالبي كه قبلا توسط مذاب تخريب شده .
1-3- تركيب گفته شده براي تعمير از گرماي باقي مانده در قالب استفاده مي كند وسپس
1-4-  بازيافت صفحه قالب تعمير شده .
تركيب گفته شده Tixotropic(موادي كه وقتي ساكن هستند سياليت بالاتري دارند و وقتي همزده مي شوند سيال تر مي شوند ) و قابل اسپري كردن توسط يك شيلنگ به قطر يك اينچ و طول 75 فوت است .
ابداع  (The invention ): تركيب اين ابدائ از پنج جزء اصلي تشكيل شده كه اين اجزاء عبارتند از :
الف. پودر آلومينا سيليکات                   ب . پودر آلومينا   
  ج. يک خاک           چ. يک روغن نسوز              ح. آب 
الف . دانه ي نسوز آلومينا سيليكات اين ابداع  50-80 درصد وزن اين تركيب را گرفته است  البته 55-75 درصد  بهتر و مناسبتر 57-70 درصد است. مواد آلومينا سيليكات استفاده شده كمتر از 40 درصد Al2O3  دارد وممكن است به70 درصد نيز برسد. بعلت مهم بودن آلومينا سيليكات در اين ابداع  معمولاً Al2O3 به SiO2 داراي نسبت 47 به 53 هستند . اگر چه در بالا جزئيات آمده ولي اين درصد مي تواند به زيادي 70 به 30 باشد . اندازه ذرات آلومينا سيليكات مي تواند خيلي بزرگتر باشد ولي اندازه ذرات در فرمول مايع قابل پمپ ، مهم است و مواد استفاده شده بايد داراي محدوده ي اندازه باشند . مثل آلومينا سيليكات كه مي تواند در بازه ي 100-400 باشد ولي در فرمول اين مواد ، براي ما بصرفه است كه 10 درصد (وترجيحا 10-25 درصد ) از آلومينا سيليكات مصرفي با مش 200 باشد وباقيمانده ي آلومينا سيليكات مصرفي(75-90 درصد) مي تواند اندازه ذراتي در بازه‌ي15- 30 مش داشته باشد (ترجيحا 20 مش) .
ب . پودر آلوميناي موجود در ابداع  معمولا 4-17 درصد تركيب است . البته 6-15 درصد بهتر و5/7-14 درصد شايسته تر است . اندازه ي ذرات اين مواد مي تواند در بازه‌ي 200-400 مش باشد البته مش 325 بهتر است .
ج. پودر خاك استفاده شده 2/0-5 درصد تركيب است البته درصدي حدود 3/0-4 بهتر است .خاك بهتر است از مواد بنتونيت باشد اندازه ذرات خاك مصرفي دربازه ي 200 تا
 400 مش البته مش 325 بهتر است .
چ. روغن نسوز استفاده شده در اين ابداع  فسفات آلومينييم-اسيد فسفريك است . روغن نسوز مصرفي شامل :
70-80 درصد از اسيد فسفريك 75 درصد ، 2/5 درصد آلومينا تري هيدرات ، 1-7 درصد اسيد بوريك و2-18 درصد آب .
در يك درصد ثبت شده دراين ابداع  روغن داراي 72-82 درصد از اسيد فسفريك 75 درصد ، 2/6-2/16 درصد آلومينا تري هيدرات ، 1-7 درصد اسيد بوريك ، 4-14 درصد آب.
تركيب بهتر براي روغن عبارتست از : 77 درصد اسيد فسفريك 75 درصد ، 2/11 درصد تري هيدرات ، 35/2 درصدپودر اسيد بوريك و 45/9 درصد آب .
ح. مقدار آب موجود دراين ابداع  مي تواند خيلي مهم باشد . بدون در نظر گرفتن آب موجود در روغن نسوز 7-25 درصد و ترجيحا 8-20 درصد تركيب اين ابداع  را آب تشكيل داده . در درصدهاي بالا اين مهم است كه مواد حالت Tixotropic داشته باشند چون به مواد اين اجازه را مي دهد كه روي صفحه ي قالب داغ يا گرم اسپري شود .  

نحوه ي استفاده از تركيب ابداعي :
تركيب اين ابداع  ها مايع است و مي تواند توسط Diaphram pump و يك شلنگ آن را پمپ كرد . يك مقياس براي تركيب اين است كه بايد كاملا قابليت پمپ شدن توسط يك شلنگ به قطر يك اينچ و طول 75 فوت را داشته باشد در واقع اين كمترين حد است كه يك شلنگ بايد بخوبي توسط يك شخص قابل استفاده باشد .
در يك آزمايش در قالب شمشي كه Patch شده بود از مقدار زيادي نسوز آلومينا استفاده شده كه Stool توسط 2- 5 گالن از تركيب بوسيله ي اسپري كردن تعمير شد . اسپري توسط يك Diaphram pump ويك شلنگ به قطر يك اينچ و طول 75 فوت انجام شد . مواد به آساني بر روي Stool  جاري شد ، خود به خود يكنواخت شد و بخوبي تركها و لبه هاي شكسته در اين Stool را پركرد . گرماي باقيمانده در Stool مواد جهت ترميم ترك stool کافي بود.
تركيب اين ابداع  همچنين ممكن است در Stool هايي که در آنها Refractory insert بكار رفته استفاده شود. در اين مورد ترکيب لبه‌هاي بين Stool و Insert  را پر مي‌کند و از جاري شدن مذاب بين جلوگيري مي‌كند. تركيب و روش اين ابداع  بمقدار قابل توجهي آخالهاي فلزي اي كه درشمش در نتيجه‌ي استفاده از Stool بوجود مي آيد را كاهش
مي دهد .
توجه : با توجه به مطالب فوق ديگر در كارخانه لازم نيست براي سرد كردن قالب ها آب روي آنها گرفته شود بلكه مي توان با ماسك و دستكش نسوز تركيب را روي قالب داغ اسپري كرد و از آنجا كه حلال تركيب آب است و قابل اشتعال نيست ، مشكلات ايمني ايجاد نمي شود همچنين طبق مطالب فوق اسپري كردن تركيب روي قالب داغ در بهبود پوشش دهي مؤثر است .

5-1-2- روش بارريزي مناسب :
تمام عمليات مربوط به آمادگي قالب بايد حدود 30-40 دقيقه قبل از بارگيري از كوره خاتمه يافته باشد . درجه حرارت وتركيب شيميايي مذاب و ظرفيت پاتيل ، حداكثر زمان نگهداري مذاب در پاتيل را تعيين مي كنند . كيفيت شمش و كارپذيري آن به مقياس وسيعي تحت تأثير روش و سرعت بارريزي قرار دارد .
در بارريزي شمشهاي فولادي بر خلاف شمشهاي فلزات غير آهني ، تنوع زيادي در روشهاي بارريزي وجود ندارد ، زيرا سنگيني و ظرفيت پاتيل مانع از آن است كه روشهاي متنوع و گردان را بتوان بسهولت طرح و اجرا نمود عموما از پاتيل هاي كف ريز استفاده مي شود و پرشدن قالب نيز به دو صورت بارريز از بالا(مستقيم) و بارريز از كف(كف ريز) انجام ميگيرد. در آغاز بارريزي ، توپي پاتيل كف ريز به آهستگي و بتدريج بيرون كشيده مي شود تا از اعمال فشار زياد بر سطح قالب جلوگيري گردد ، هنگامي كه مذاب درون قالب به ارتفاع 50-80 ميليمتر رسيد ، سرعت بارريزي و دبي جريان افزوده مي گردد ، سرعت بارريزي بر مبناي تن بر دقيقه ويا براساس سرعت خطي عمودي بر دقيقه اندازه گيري ومحاسبه مي شود .

5-1-2-1- بارريزي از بالا (مستقيم ) :
مذاب مستقيما از پاتيل كف ريز به درون قالب ريخته مي شود . آهنگ بارريزي و سرعت آن نيز بوسيله ي تعبيه انواع افشانك ويا پياله ي بارريز تنظيم مي گردد . در شرايط معمولي يك افشانك يا يك پياله و يا پياله بارريز با دهانه ي خروجي به قطر 5/2 سانتيمتر از آجر نسوز انتخاب مي شود . در اين روش سرعت بارريزي در زمانهاي اوليه و براي پركردن قسمتهاي تحتاني قالب ، همواره بيشتر از بارريزي در قسمتهاي فوقاني بوده و عملا شمش كيفيت مطلوبي نخواهد داشت . هرچند در طول زمان بارريزي، دهانه ي خروجي وسيعتر مي شود ولي كاهش فشار فلز ايستايي و انرژي پتانسيل آن بمقداري است كه نمي تواند يكنواختي و همگني در پرشدن قالب را تضمين  نمايد . اين تغييرات با كاهش ارتفاع مذاب درون پاتيل و كاهش مقدار بار خروجي آن در واحد زمان تشديد ميگردد . ابداع  سيستم هاي مختلف كنترل و تغييرات در طرح و شكل افشانك و يا پياله ي بارريز عموما بمنظور حذف ويا كلهش نارسايي هاي فوق انجام گرفته است . افشانك يكي از كوششهايي است كه بمنظور كنترل بارريزي بعمل آمده است . در اين افشانك دو دهانه ي اوليه و ثانويه تعبيه شده كه بارريزي از طريق دهانه ي ثانويه براي چند شمش آغاز شده سپس دهانه ي ثانويه را برداشته و بارريزي از طريق دهانه‌ي اوليه ادامه مي يابد هزينه ي تهيه ي پياله ي بارريز و افشانك تقريبا زياد بوده و با وجود كنترل مطلوب در بارريزي كاربرد آن با موفقيت زياد همراه نبوده است .
استفاده از انواع حوضچه هاي قيفي و چرخه اي كه عموما از گرافيت يا منيزيت ساخته مي شود نيز توانسته است كنترل بارريزي را بطور كامل انجام دهد . پياله هاي چند دهانه اي براي باردهي هاي همزمان به دو ، سه و يا چهار قالب يكي ديگر از
كوشش‌هايي است كه عملا چند شمش را با شرايط يكسان بارريزي توليد مي كند .
دهانه ي اصلي و منطقه ي بارگير تقريبا بزرگ انتخاب مي شود تا تعادل فشار در كليه ي قالب ها يكسان انجام پذيرد .
استفاده از توپي در افشانك ها و پياله هاي بارريز بمنظور كنترل نسبي بارريزي همواره توصيه شده است ولي در هر صورت موفقيت آنها در كنترل كامل نيز محدود است .

5-1-2-2- بارريزي از پايين (كف ريزي ) :
اين روش با توجه به وزن مخصوص فولاد وشرايط تلاطم مذاب و جذب گاز و مواد متشكله ي آن ، احتمالا معمولي ترين ومتداول ترين روش بارريزي درشمش هاي فولادي محسوب مي شود . فولاد مذاب درون يك حوضچه ي قيفي ريخته مي شود . اين حوضچه معمولا از چدن انتخاب و با خاك نسوز اندود شده است يك راهگاه عمودي و چند كانال افقي مي تواند 2-6 قالب را باردهي نمايد . قالب ها در يك صفحه قرار گرفته و مذاب از طريق كانال ها و از قسمتهاي تحتاني وارد قالب مي شود .

از شكل بالا چنين استنباط مي شود كه معمولا يك صفحه ي اضافي بر روي صفحه‌ي كف اصلي مستقر مي شود تا برخرد شديد مذاب وآجرهاي راهگاه و كانال كاهش يافته و از ورود آخال خارجي جلوگيري شود.آجرهاي كانال با ملات نسوز كاملا بهم محكم
مي شوند تا از بيرون زدن مذاب جلوگيري بعمل آيد .
در هرحال سرعت بارريزي در هر دو روش فوق در وقوع ترك  و ظهور وعيوب سطحي و داخلي بسيار مؤثر است .   
Kibly در آزمايشات خود ثابت نموده كه در صورت ثبوت درجه حرارت بارريزي ، افزايش سرعت آن عموما به گسترش تركها منجر مي شود ولي در هر دو روش بارريزي، مي توان سرعت را بطور مطلوب كنترل نمود .
بارريزي سريع موجب ميگردد كه همزمان با پرشدن قالب ، پوسته جامد اوليه ضخامت مناسب را نداشته و بدليل اعمال فشار فلز ايستايي ، تركهاي سطحي در شمش حادث شوند . بنابراين با كاهش سرعت بارريزي ضخامت پوسته ي جامد بيشتر شده و عملا تركهاي سطحي كمتر خواهند شد . علاوه بر آن اثرات تبريدي و سرد كنندگي ديواره‌ي قالب كه به نسبت افزايش قطر شمش كاهش مي يابد ، ايجاب مي كند كه در مورد شمشهاي بزرگ سرعت بارريزي كمتر انتخاب شود ويا بعبارت ديگر سرعت بارريزي با قطر متوسط شمش رابطه ي معكوس داشته باشد .
از طرف ديگر كاهش سرعت بارريزي و بخصوص براي ظرفيت هاي بزرگ و شمشهاي سنگين باعث افت شديد درجه حرارت مذاب پاتيل گشته و احتمالا انجماد سطحي مذاب را در پي خواهد داشت ، بنابراين درجه حرارت مذاب و سرعت افت درجه حرارت مذاب درون پاتيل نيز يكي از عوامل اصلي در انتخاب سرعت متوسط و مطلوب را نمي توان با روابط و فرمولهاي رياضي و فيزيكي تعيين نمود ولي بر اساس تجربه وآگاهي نسبي بر كنشها و رفتارهاي مذاب و واكنش هاي قالب مي توان سرعت مطلوبي را تعيين و تجربه نمود . در اين مرحله بايد توجه را به دو مشخصه ي مهم زير نيز معطوف كرد :
الف . سرعت بارريزي زياد به گسترش شكستگي ها و تركها منجر مي شود .
ب . سرعت بارريزي آهسته ، بروز انجماد سطحي ، آخالهاي اكسيدي و كنگره اي شدن ديواره در پي دارد .
پس از انتخاب و تعيين سرعت بارريزي بايد توجه داشت كه در هريك از دو روش مستقيم يا كف ريزي نيز نسبت بهم داراي مزايا و محدوديت هايي هستند كه بطور خلاصه مزاياي روش كف ريزي عبارتست از :
الف . سطح تميزتر شمش                                        ب . عدم تلاطم مذاب     
ج . بارريزي همزمان چند قالب                                 د . دوام و عمر بيشتر براي قالب
از طرف ديگر هزينه ي آماده سازي ، تلفات مذاب و سرد شدن بار مذاب در قسمتهاي فوقاني از محدوديتهاي روش كف ريزي محسوب مي شوند .

5-2- ترك :
از آنجايي كه اين قالب ها از لحاظ مكانيكي در شرايط خستگي قرار دارند و سيكل هاي متناوب تنش ناشي از تغييرات حرارتي به آن وارد مي شود . با اطمينان بالايي مي توان گفت كه دليل ايجاد ترك و شكستن قالب خستگي حرارتي است . با توجه به اين مطلب بايد مكانيزم جوانه زني و رشد ترك همان مكانيزمي باشد كه در خستگي رخ مي دهد يعني ريز تركهايي در سطح قالب ايجاد مي شوند و با ادامه يافتن سيكلهاي تنش تركها رشد مي كنند و باعث شكستن قطعه مي شوند . پس بايد منشاء ريز تركهاي سطح را پيدا كرد و با آن مقابله كرد و از طرفي براي جلوگيري از رشد و اشاعه ي ترك نيز راهكاري ارائه داد .

5-2-1- منشاء ريزتركها و راه جلوگيري از آنها :
ريزتركهاي سطحي كه در كف قالب ايجاد مي شوند مي توانند در دو مرحله ايجاد شوند يكي زمان انجماد قالبها  و يكي هنگام كاركردن با قالبها، وقتي مذاب چدن در قالب ماسه اي ريخته مي شود يك پوسته‌ي اوليه‌ي جامد ايجاد مي‌شود كه ضخامت آن كم است و چون حجم اين قالب زياد است در مراحل بعدي انجماد اين پوسته نازك اوليه بعلت فشار ايستايي فلز مذاب ترك مي خورد و در نتيجه وقتي قالب اسلب بطور كامل منجمد شد و از قالب ماسه اي بيرون آورده شد ما شاهد ريزتركهايي در كف قالب چدني هستيم كه اگر بخواهيم عمر قالب بالا برود بايد اين ريزتركها را با ماشينكاري از بين ببريم و راهكار ديگر براي جلوگيري از اين ريزتركها اين است كه بنحوي ضخامت پوسته انجمادي اوليه را زياد كنيم تا بر اثر فشار ايستايي فلز مذاب ترك نخورد .
منشاء بعدي ريزتركهاي كف قالب خستگي حرارتي است . در خستگي ، جوانه زني ترك از سطح است و با توجه به اين كه اين قالبها در شرايط خستگي حرارتي قرار دارند ، طبيعي است كه در هنگام استفاده از اين قالبها ريزتركهايي در كف قالب ايجاد شود و در اينجا براي جلوگيري از جوانه زني ترك بايد سطحي سخت ايجاد كنيم . و براي ايجاد سطحي سخت در قالبهاي چدني بايد عمق منطقه تبريدي سطح قطعه را زياد كنيم زيرا در اين صورت در سطح قطعه چدن سفيد ايجاد مي شود كه سختي بالايي دارد .
براي بالا بردن عمق تبريد راههايي وجود دارد كه عبارتست از :    
الف . بالا بردن دماي فوق گداز مذاب
ب . افزودن عناصر كاربيدزا
ج . مبرد گذاري در كف قالب
بالا بردن دماي فوق گداز راه مناسبي نيست زيرا زمان ميرايي جوانه زا را پايين مي برد و جوانه زني خوب انجام نمي شود.افزودن عناصر كاربيدزا هم مناسب نيست زيرا درصد ساختار گرافيتي را در قالب كاهش مي دهد و اين مطلوب نيست چون با توجه به اينكه قالب در دماهاي بالا كار مي كند بايد قالب انتقال حرارتي خوبي داشته باشد كه همانطور كه ميدانيم هرچه ساختار گرافيتي بيشتر باشد انتقال حرارت بهتر صورت ميگيرد و از طرفي استفاده از مواد كاربيدزا هزينه ي توليد را بالا مي برد .
پس يكي از راههاي ساده براي افزايش عمق تبريد مبردگذاري است . ما با مبردگذاري ، هم ضخامت پوسته‌ي اوليه را زياد مي كنيم و مانع ترك خوردن آن توسط فشار ايستايي فلز مذاب مي شويم و هم سطح را سخت ميكنيم ، تا از جوانه زني ترك خستگي جلوگيري كنيم .

5-2-2- منشاء رشد ترك و راه مقابله ي با آن :
قالبهاي نوع D بعلت ضخامت بالاي ديواره اي كه دارند زمان انجماد بالايي دارند و همين بالا بودن زمان انجماد باعث مي‌شود كه دانه ها و دندريتها فرصت زيادي براي رشد داشته باشند در نتيجه ساختار قالب شامل گرافيتهاي درشت  از نوع C و همچنين گرافيتهاي ريز بين دندريتي از نوع D و همچنين دندريتهاي بزرگ با فاصله‌ي دندريتي زياد مي‌شود كه اين ساختار استحكام پاييني دارد و وقتي ترك در سطح قالب جوانه
مي زند و بچنين ساختاري  مي‌رسد براحتي در آن رشد مي كند و گاهي به يكباره قالب مي شكند. اگر مقطع شکست قالبهاي D  وBبا هم مقايسه شود بوضوح درشتتر بودن ساختار مغز قالبهاي D نسبت به B مشاهده مي‌شود و همچنين اگر يك نمونه‌ي متالوگرافي از قالبهايD  تهيه شود بوضوح كم بودن عمق تبريد آن بعلت زمان انجماد بالاي آن قابل مشاهده است پس براي اينكه از اشاعه و رشد ترك جلوگيري كنيم بايد ساختاري ريزدانه با گرافيتهايي يكنواخت و ريزتر داشته باشيم كه اين خواسته با جوانه زني مناسب تأمين مي شود .

5-2-2-1- جوانه زني مذاب :
براي رسيدن به خواص مكانيكي مورد نظر در چدنها ، مذاب چدن بايد تركيب صحيح و همچنين جوانه هاي مناسبي براي شكل گيري ساختار مطلوب هنگام انجماد داشته باشد .
مذاب چدن بايد داراي پتانسيل گرافيت زايي مناسب باشد و اين توسط ميزان كربن معادل مذاب ايجاد مي شود .
مخصوصا توسط مقدار Si ، براي تنظيم كردن پتانسيل گرافيت زايي كنترل مقدار Siيك كار معمول است اگرچه عناصر ديگر هم مورد توجه قرار گيرند .
مثلا اثر يك درصد آلومينييم در قدرت گرافيت زايي مذاب تقريبا معادل 5/0 درصد Si است يا يك درصد كرم اثر 2/1 درصد سيليسيم را خنثي مي كند .
حتي اگر مذاب آناليز شيميايي صحيحي داشته باشد بدون افزودن جوانه زاها ساختار گرافيت مورد نظر بوجود نمي آيد . بدون حضور جوانه زاي مناسب ، مذاب چدن تحت انجمادي ، زير دماي يوتكتيك دارد. چدن جوانه  زني نشده شامل گرافيت D با زمينه ي فريت، سمانتيت در لبه هاي نازك يا گوشه ها و لبه هاي باريك است .
اهداف تلقيح در چدنها عبارتست از: افزايش استحكام از طريق ايجاد ساختار ظريفتر ، افزايش گرافيت نوع  A  ، كاهش عمق تبريدي و ايجاد ساختار يكنواخت .

 


منابع :


 منابع و مراجع :


1- John R. Brown : " Foseco Ferrous Founderyman`s handbook" , Reprinted 2001,p.64 and 65.

2- دکتر جلال حجازي، شمش ريزي، صفحات 106-109 ، 113.

3- دکتر امين اوحدي ، مقاله‌ي انتخاب مواد تلقيحي مناسب به منظور بهبود ساختار چدن خاکستري، مجله ريخته‌گري ، تابستان 1381، ص 13 و 14.

4 . Patent شماره‌ي 204303700 و Patent شماره‌ي 204188416 از سايت

www.Freepatentsonline.com

 

 
طراحی سایت : سایت سازان