امروزه فولادها به عنوان اصلی ترین و پر مصرف ترین آلیاژ در صنایع مختلف برای تولید میلگرد، تیرآهن و سایر مقاطع فولادی کاربرد دارند. این آلیاژ پر کاربرد تاثیر بسزایی در قیمت میلگرد و تیرآهن که محصول نهایی هستند دارد .در سال 2015 میزان تولید انواع فولادها در کره خاکی بالغ بر 622/1 میلیارد تن در سال که نشان دهنده مصرف روز افزون انواع فولاد می باشد. 1/96 درصد فولاد تولیدی در جهان معادل 546/1 میلیارد تن به روش ریخته گری مداوم تولید می گردد.
بلوکه جهت نورد که بسیار نزدیک به مقطع مورد نظر محصول نورد می باشد موجب کاهش هزینه های نورد با حذف قفسه های اولیه و میانی می شود. ( این بلوکه ها اغلب برای تولید تیرآهن به کار می روند)
این عیوب عموما در سطح محصول قابل رویت می باشند و به طور کلی در 22 عنوان طبقه بندی می گردند:
ترک طولی گوشه شمش Corner Crack (Lenghwise)
ترک طولی سطح شمش Face Crack (lengthwise)
ترک عرضی گوشه شمش Corner Crack (Crosswise)
ترک عرضی سطح شمش Face Crack (Crosswise)
ترک مویی شبکه ای سطح شمش Network Of Hair Crack
گود افتادگی طولی Longitudinal Hollow
گود افتادگی عرضی Transiverse Hollow
خمش گوشه ای Bleeding
رویه هم افتادگی فلز (دو پوستگی) Overlapping Metal
ورقه شدن سطحی Plating
اثر نوسان Reciprocating Marks
دیواره بدلی False Wall
موجدار شدن سطح (مد بار) Surge
کمربند (توقف ذوب ریزی) Casting Stoppage
قطرات فلز (اسپری) Sprying
لکه سطحی Dirt
آخال سرباره ای Slag Inclusions
خط انداختن سطح Surface Scoring
مک گازی (حفرات گازی) Blowholes
ریز مک (حفرات سوزنی) Pinholes
سوراخ شدن سطح Breakout
عیوب خاص سطحی Fin-Carurization-Hot Shoatness
عیوب داخلی شامل عیوبی می گردد که در برش عرضی محصول قابل رویت هستند و از سطح معمولا دیده نمی شوند و در نهایت در تولید محصولات نهایی همچون تیرآهن و میلگرد تاثیرگذار می باشد.
ترک های عرضی و طولی می تواند در زیر سطح ادامه داشته باشد بی آنکه به سطح راه پیدا کنند. در هر حال ترک های داخلی عموما طویل تر از ترک های سطحی هستند و منجر به عیوب تورق در محصولات نوردی از جمله تیرآهن و میلگرد می گردند.
دسته بندی عیوب داخلی شامل 11 عنوان عیب به قرار زیر می باشد
ترک ستاره ای Star Shipped Cracks
ترک قطری Diagonal Crack
نیم ترک Half Way Crack
ترک ناشی از لهیدگی Squashing Cracks Caused By The Extraction Stand
ترک داخلی ناشی از عدم یکنواختی خنک کاری Cracks By Uneven Cooling
ترک مرکزی Center Cracks
ترک طولی زیر سطحی Longitudinal Sub Surface Cracks
حفره انقباضی (نایچه) Shrinkage (Central Defects)
جدایش Segregation
اخال غیرفلزی Non Metalic Inclusion
آخال سرباره ای Slag Inclusions
عیوب هندسی شامل تغییر شکل در مقطع عرضی از شکل هندسی واقعی محصول می شوند.
عوامل زیادی باعث به وجود آمدن عیوب هندسی می شوند اما عیوب هندسی عموما با نارسایی و یا غیر یکنواختی سیستم خنک کننده ارتباط دارند لذا در اغلب اوقات عیوب هندسی با ترک ها ظاهر می گردند.
سرعت بیش از حد ریخته گری و دمای بیش از اندازه در ریخته گری به همراه عوامل ذکر شده شرایط را برای ایجاد این عیوب مهیا می سازد و در نهایت بر شکل ظاهری محصولات نورد از جمله میلگرد و تیرآهن نیز تاثیرگذار می باشد.
لوزی شدن Rhomboidity
بادکردگی Swelling
فرورفتگی Concavity
خمیدگی شمش Bending
غیر یکنواختی پیشانی شمش Uneven
پیچیدگی شمش Twist
در ذیل با توجه به اهمیت برخی از عیوب رایج در ریخته گری مداوم فولادها دلایل ایجاد و چگونگی رفع آن عیوب ارائه می گردد.
گروه عیب: عیوب سطحی
این ترک طولی در گوشه و یا پخ شمش در امتداد طولی محور محصول اتفاق می افتد و علت اصلی ایجاد آن به ترتیب یک یا چند عامل ذیل می باشد:
فرسودگی قالب و یا پیچیدگی آن ( نامناسب بودن شیب قالب)
عدم یکنواختی خنک کاری قالب ناشی از کثیف شدن قالب توسط حضور اجسام خارجی
عدم یکنواختی خنک کاری قالب ناشی از رسوب کلسینات ها و گل و لای
نامناسب بودن امتداد قالب ها با رولرهای راهنما
دمای بیش از حد مذاب فولاد
سرعت بیش از حد ریخته گری
نامناسب بودن دبی آب قالب
حضور ناخالصی های مضر نظیر گوگرد، فسفر، آرسنیک به مقدار زیاد در ترکیب شیمیایی
توجه شود که قالب های لوله ای شکل در حین عملکرد تمایل زیادی به تغییر شکل در ناحیه سطح ستون مذاب دارند، لذا با یک بازرسی دقیق از شرایط قالب و جایگزین کردن آن در صورت تغییر شکل دادن و یا رسوب گرفتن می توان از ترک طولی در گوشه ها اجتناب کرد. (زیاد شدن شعاع گوشه قالب، تغییر در شیب قالب، لوزی شدن مقطع شمش در قالب)
گروه عیب :عیوب سطحی
این ترک طولی در امتداد طولی محور محصول در وسط سطح و یا نزدیک به گوشه شمش اتفاق می افتد و علت اصلی ایجاد آن به ترتیب یک یا چند عامل ذیل می باشد
نارسایی خنک کاری قالب
پیچیدگی قالب
نامناسب بودن و تنظیم نبودن خنک کننده ثانویه در وجوه مختلف شمش ناشی از تغییر و یا بسته شدن جریان مذاب از تاندیش
این عیب همچنین با تغییر شکل قالب در منطقه دلغ قالب در سطح ذوب ارتباط نزدیک داد
وجود رسوبات متخلخل در پشت قالب
ترک طولی در نزدیکی گوشه ها می تواند از حفرات طولی منشاء بگیرد
انحراف جریان مذاب از محور قالب (ریزش مذاب به یک سمت قالب)
اکسیداسیون بیش از حد مذاب و مقادیر بیش از اندازه ناخالصی ها
حضور ناخالصی های مضر نظیر گوگرد، فسفر، آرسنیک به مقدار زیاد در ترکیب شیمیایی
این عیب نیز در نهایت بر شکل ظاهری محصولات نورد از جمله میلگرد و تیرآهن نیز تاثیرگذار می باشد.
گروه عیب: عیوب سطحی
این ترک طولی در گوشه و یا پخ شمش عمود بر محور طولی محصول اتفاق می افتد و علت اصلی ایجاد آن به ترتیب یک یا چند عامل ذیل می باشد.
خم یا راست شدن بیش از حد شمش در دمای پایین
چسبندگی شمش به قالب ناشی از ناکافی بودن مقدار روانساز (پارافین)
نامناسب بودن نوسان در حین ریخته گری ناشی از مشکلات مکانیکی
عدم هم محوری هندسی قالب
شیب نامناسب قالب
خنک کنندگی بیش از حد در یک ناحیه از قالب یا سطح شمش
نامناسب بودن دمای ریخته گری
ذوب شدن نقطه ای ناشی از عدم نسبت منگنز به گوگرد
توجه شود که این عیب همچنین در اثر تغییر زیاد در سطح فولاد مذاب یا توقف ناگهانی مجرا به وجود می آید.
برای رفع ایجاد ترک عرضی کنترل سیستم روان سازی، تنظیمات محوری قالب ضروری می باشد. همچنین تمیزکاری قالب و نهایتا تعویض قالب راهکارهای جلوگیری از ترک عرضی می باشند.
ترک عرضی در نورد مشکلات جدی نظیر پارگی شمش و ترک در محصولات را به همراه خواهد داشت. در هر حال وجود ترک در شمش غیر قابل قبول است و بایستی آن را با روش های معمول برطرف کرد.
این عیب نیز در نهایت بر شکل ظاهری محصولات نورد از جمله میلگرد و تیرآهن نیز تاثیرگذار می باشد.
گروه عیب : عیوب سطحی
این ترک طولی در سطح شمش عمود بر محور طولی محصول اتفاق می افتد و علت اصلی ایجاد آن به ترتیب یک یا چند عامل ذیل می باشد:
چسبندگی شمش به قالب
خنک شوندگی بیش از اندازه در قالب یا در گوشه ها
باید توجه داشت که نباید شدت خنک کنندگی در حدی باشد که دما در زیر غلتک های صاف کننده از محدوده دمای چاه داکتیلیته کمتر گردد.
این نوع ترک اغلب همبستگی زیادی با حفرات، ترک های سطحی و ترک های گوشه شمش دارد و می تواند تا رسیدن به هم امتداد یابند.
گاهی در صورت یکنواخت نبودن شعاع قالب تازه نصب شده با محور اصلی ماشین ریخته گری مداوم در سطح فوقانی شمش ترک های عرضی مشاهده می گردد که پس از کارکرد قالب به تدریح عیب برطرف می گردد.
توجه شود که این عیب همچنین در اثر تغییر زیاد سطح فولاد مذاب یا توقف ناگهانی مجرا در شاخه به وجود می آید.
این عیب نیز در نهایت بر شکل ظاهری محصولات نورد از جمله میلگرد و تیرآهن نیز تاثیرگذار می باشد.
گروه عیب: عیوب سطحی
این عیب به صورت کاستی کانال مانند که در جهت طولی شمش امتداد یافته است دیده می شود. گود افتادگی طولی در نزدیک گوشه های شمش معمولا نشانه وجود ترک داخلی یا خارجی در این محل است که این موضوع از اعوجاج یا تغییر شکل قالب منشاء می گیرد.
همچنین غیر هم محوری قالب و رولرهای راهنما می تواند باعث عیب مشابهی گردد. باید توجه کرد که عوامل به وجود آورنده ترک طولی سطح شمش نیز در به وجود آوردن این عیب صادق هستند.
این عیب نیز در نهایت بر شکل ظاهری محصولات نورد از جمله میلگرد و تیرآهن نیز تاثیرگذار می باشد.
این عیب شامل ریزش فلز مذاب از پوسته پاره شده شمش می گردد.
اگر این عیب ادامه پیدا کند و وسط دیواره قالب و یا سرد کننده ثانویه مهار نشود به پاره شدن کامل شمش و سقوط آن می انجامد.
عموما این عیب ناشی از وجود سرباره در سطح شمش به ویژه در گوشه ها آن می باشد.
در صورت ایجاد این عیب بایستی تمهیدات لازم جهت عدم گیر کردن شمش در مسیر غلتک های کشاننده و صاف کننده اتخاذ کرد که با ضربه مکانیکی قابل جدا شدن از شمش می باشد.
این عیب نیز در نهایت بر شکل ظاهری محصولات نورد از جمله میلگرد و تیرآهن نیز تاثیرگذار می باشد.
این عیب ناشی از چین خوردگی پوسته شمش توسط فلز مذاب اضافه به صورت لایه مخالف با جهت انجماد قالب در سطح شمش است.
اغلب این عیب ناشی از: گرم بودن بیش از حد مذاب می باشد و در صورت مناسب بودن دما عوامل زیر موجب این عیب می شوند
نشتی روان ساز قالب
سرعت خیلی کم ریخته گری
تغییر ناگهانی سطح مذاب درون قالب
انسداد نازل تاندیش
سوختن قالب
مقدار بیش از حد سرباره در قالب
قطع لحظه ای سیستم نوسان دهنده
و مستهلک شدن ناحیه تماس مستقیم قالب با مذاب
برای رفع عیب باید قالب تعویض گردد یا روانساز کای اضافه شود و سعی گردد تغییر سطح مذاب در قالب 5 میلی متر باشد
این عیب موجب ترک یا فلز اضافی با ابعاد مختلف در محصولات نوردی می گردد لذا با سنگزنی باید برطرف گردد.
این عیب نیز در نهایت بر شکل ظاهری محصولات نورد از جمله میلگرد و تیرآهن نیز تاثیرگذار می باشد.
این عیب وجود فلز ورقه ای شکل بر روی سطح جانبی شمش است. این عیب که ندرتا اتفاق می افتد ناشی از گیر افتادن فلز منجمد شده روی سطح ذوب قالب بر روی بدنه قالب است.
این عیب نیز در نهایت بر شکل ظاهری محصولات نورد از جمله میلگرد و تیرآهن نیز تاثیرگذار می باشد.
اثرات عرضی که معمولا با فاصله مساوی از هم ناشی از پایین رفتن مقادیر فولاد در حین هر تناوب نوسان به وجود می آید.
این اثرات نوسان می تواند در صورت عمیق بودن منجر به گسیختگی شمش نیز شود.
عمق اثر نوسان می تواند بر اثر
نامناسب بودن روانسازی قالب
پایین بودن دمای ذوب ریزی
عملکرد غیر معمول سیستم نوسان دهنده
سرعت کم ریخته گری
خارج از محور بودن قالب
و نامناسب بودن سطح قالب تشدید گردد.
در صورت استفاده از پودر قالب این عیب وخیم تر می گردد زیرا پودر قالب در شیارها نفوذ کرده و در حین عملیات نورد منجر به پاره شدن شمش می شود. جهت رفع اثر نوسان از سنگزنی کامل استفاده کرد. این عیب به صورت ترک کوتاه و کم عمق در محصولات نوردی دیده می شود.
این عیب نیز در نهایت بر شکل ظاهری محصولات نورد از جمله میلگرد و تیرآهن نیز تاثیرگذار می باشد.
این عیب به صورت ترک عرضی سرتاسری پیوسته در دور تا دور شمش دیده می شود که ناشی از توقف ذوب ریزی از تاندیش می باشد.
در اثر توقف ذوب ریزی سطح مذاب اکسید شده و منجمد می گردد و به ذوب بعدی پس از راه اندازی مجدد ماشین جوش نمی خورد.
این عیب نیز در نهایت بر شکل ظاهری محصولات نورد از جمله میلگرد و تیرآهن نیز تاثیرگذار می باشد.
ذرات فلزی ناشی از ریخته گری غیر یکنواخت شامل اکسید فلز، سرباره و سایر ناخالصی های که در اثر اکسیژنگاری هنگام تمیز کردن نازل به وجود می آیند به صورت توده کثیف بر روی سطح شمش دیده می شود. گاهی این توده می تواند مجرای خروجی روانکار قالب را مسدود نماید و هنگامی که در گوشه ها گیر می افتد در سطح خارجی شمش دیده می شود و در این حالت ممکن است حتی موجب پارگی شمش نیز شود.
این عیب ناشی می گردد از
غیر یکنواختی ریزش از نازل
اکسید شدن مذاب
وجود سرباره و اکسیژنکاری مذاب یا نازل
این عیب نیز در نهایت بر شکل ظاهری محصولات نورد از جمله میلگرد و تیرآهن نیز تاثیرگذار می باشد.
این عیب ناشی از اکسیداسیون و فرسایش نسوز می باشد که در سطح ذوب تشکیل می گردد و به صورت زنگار در سطح شمش دیده می شود.
آخال سرباره ای تشکیل می گردد از اکسیداسیون فولاد و یا موادی که از پاتیل یا تاندیش و یا کوره جدا می شوند. هنگامی که لایه نسوز از کیفیت مناسبی برخوردار نباشد و یا اکسیژنکاری در تاندیش انجام گردد.
سطح پایین مذاب فولاد در تاندیش توسط اپراتور باعث شکسته شدن سطح سرباره و ورود آن به قالب می گردد همچنین سطح متغیر مذاب درون قالب باعث افزایش سطح مذاب با هوای اطراف و اکسیداسیون آن می گردد.
جریان یکنواخت و پیوسته مذاب از پاتیل به تاندیش
سطح به اندازه کافی بالای مذاب درون تاندیش تا از شکسته شدن و رفتن سرباره به قالب جلوگیری کند
سرباره گیری تمیز در قالب
نسوز مرغوب برای کوره، پاتیل و تاندیش
کاهش مقدار سیم آلومینیم در جریان ذوب
کنترل نسبت منگنز به سیلیس مذاب و اکسیژنزدایی بهتر مذاب
انتخاب نازل مناسب جهت ثابت نگه داشتن سطح مذاب قالب
عوامل موثر در کاهش این نوع عیب می باشند
همچنین استفاده از پودر قالب با ویسکوزیته بالا و مصرف بیش از حد آلومینیم در قالب می تواند عیب مشابهی را ایجاد نماید. هنگامی که از پودر قالب نامناسب استفاده می گردد آخال سرباره ای متناوبا در سطح شمش دیده می شود که ناشی از به دام افتادن مخلوط فولاد و پودر در سطح شمش می باشد. به طور کلی در سرعت های بالا ریخته گری باید از پودر با ویسکوزیته پایین و در ریخته گری با سرعت پایین از پودر با ویسکوزیته بالاتر استفاده نمود. در شرایط بحرانی استفاده از ریخته گری سطحی توصیه می گردد. این عیب نیز در نهایت بر شکل ظاهری محصولات نورد از جمله میلگرد و تیرآهن نیز تاثیرگذار می باشد.
این عیب ناشی از تخریب مکانیکی ناشی از اثر قالب، غلتک های صاف کننده، راهنماهای مسیر شمش، راهنماهای اندازه کننده شمش، بر روی سطح شمش می باشد که به صورت تکرار شونده و یا پیوسته در سطح شمش به صورت فرو رفتگی و یا برآمدگی رویت می گردد.
این عیب به صورت مارک خط می تواند ناشی از وجود فلز خارجی چسبیده به اجزای ماشین نیز باشد. در هر حال با بازبینی چشمی دقیق می توان عامل ایجاد خراشیدگی و یا برامدگی را مشخص و برطرف کرد.
این عیب نیز در نهایت بر شکل ظاهری محصولات نورد از جمله میلگرد و تیرآهن نیز تاثیرگذار می باشد.
نوع اول: حفرات سوزنی نزدیک به سطح شمش
این حفرات با چشم به سختی دیده می شوند و فقط پس از پوسته زدایی سطح می توان آن ها را رویت کرد
این حفرات ناشی از:
مقادیر بیش از اندازه روانساز قالب
وجود آب در روانساز قالب
کیفیت بد روانساز قالب
نشت آب از بالای قالب به درون فولاد مذاب قالب می باشد
نوع دوم:
حفرات گازی نزدیک به سطح شمش که 10-5 میلی متر از سطح فاصله دارند
این حفرات ناشی از:
مقادیر بیش از اندازه گاز اکسیژن و یا هیدروژن می باشد. این حفرات پس از تمیزکاری سطح برش به خوبی با چشم قابل رویت می شوند.
حفرات ناشی از اکسیژن ناشی از عوامل زیر می باشد
مقدار زیاد مجموع آهن در سرباره و تاخیر در سرباره گیری
مقدار خیلی پایین عنصر کربن در مذاب
مقادیر کم عناصر سیلیسیم و آلومینیم در مذاب
افزودن اکسیژن درون تاندیش
حفرات ناشی از هیدروژن ناشی از عوامل زیر می باشد:
خیس بودن پاتیل و تاندیش
نو بودن نسوز پاتیل و تاندیش
خیس بودن تجهیزت دمش گاز و پودر به مذاب
خیس بودن شارژ مواد به کوره
نشت آب به قالب
بخار گرفتن گازهای دمشی به مذاب
نوع سوم: حفرات گازی زیر سطحی شمش که 50-20 میلی متر از سطح فاصله دارند:
این حفرات ناشی از مقادیر بیش از اندازه گاز اکسیژن و یا هیدروژن می باشد و به خوبی توسط چشم در مقطع برش رویت می شوند و منشاء نظیر حفرات نوع دوم دارند. لازم به یاداوری است که حفرات ناشی از گاز هیدروژن از نظر اندازه و تعداد در شمش های یک ذوب به تدریج کم می شوند لیکن حفرات ناشی از گاز اکسیژن در شمش های مختلف یک ذوب تغییری در اندازه و تعداد ندارند.
ارائه شده در گروه متالورژی و ریخته گری توسط: جناب آقای مهندس رضا سنگری