خط إنتاج السبائك

خط إنتاج صب السبائك هو منشأةٌ تُسخّر المعادن المنصهرة (مثل الفولاذ والألمنيوم والنحاس وغيرها) وتُصلّبها إلى سبائك بأشكال وأبعاد مُحدّدة. يُمثّل هذا الخط عملية إنتاج تقليدية وحيوية في مجال تشغيل المعادن، وهو شائعٌ بشكلٍ خاص في معالجة مقاطع الفولاذ الكبيرة، والسبائك المُخصّصة، والمعادن غير الحديدية. مقارنةً بعمليات الصب المُستمر، تُعدّ خطوط صب السبائك أكثر ملاءمةً لإنتاج سبائك كبيرة المقطع، أو موادّ مُخصّصة، أو دفعات صغيرة. فيما يلي مُقدّمة مُفصّلة:

I. أنواع وخصائص السبائك المصبوبة

يمكن تصنيف السبائك المصبوبة حسب المادة والاستخدام إلى عدة أنواع، منها:

سبائك الفولاذ: تُستخدم لدرفلة الفولاذ الهيكلي الكبير، والصفائح العريضة، والمطروقات، وغيرها. عادةً ما تكون مربعة أو مستديرة أو مضلعة المقطع، ويتراوح وزنها بين عدة أطنان ومئات الأطنان (على سبيل المثال، يمكن أن يتجاوز وزن سبائك الفولاذ المطروقة الكبيرة 500 طن).

سبائك المعادن غير الحديدية: مثل سبائك الألومنيوم والنحاس والمغنيسيوم، وتتوفر بأشكال متنوعة (مثل السبائك المسطحة أو المستديرة أو السلكية). تُستخدم لدرفلة صفائح الألومنيوم، وصفائح النحاس، ومقاطع الألومنيوم، وغيرها.

الخصائص الأساسية لصب السبائك: عملية التصلب بطيئة نسبيًا، مما يُسهّل التحكم في البنية الداخلية للمعدن؛ ويمكن إنتاج كتل كبيرة الحجم، ولكن كفاءة الإنتاج أقل من الصب المستمر، ويتطلب ذلك إجراء درفلة أولية أو طرق لاحقة لفتح الكتلة.

II. المكونات الأساسية ومعدات خطوط صب السبائك

تختلف خطوط صب السبائك اختلافًا طفيفًا باختلاف المعادن. على سبيل المثال، يتكون خط إنتاج سبائك الفولاذ واسع الاستخدام من الأنظمة التالية:

1. نظام تحضير ونقل الفولاذ المصهور

المغرفة: تحمل الفولاذ المصهور المُكرر والمُؤهل من أفران صناعة الفولاذ (مثل أفران القوس الكهربائي، وأفران المجمرة المفتوحة). تُحدد سعتها بناءً على أبعاد السبيكة، وهي مزودة ببطانة حرارية لتحمل الفولاذ المصهور في درجات حرارة عالية (1500-1600 درجة مئوية).

عربة نقل المغرفة: تنقل المغارف من محطات التكرير إلى محطات الصب، مما يضمن نقلًا مستقرًا للفولاذ المصهور.

2. قوالب السبائك ونظام الصب

قوالب السبائك: معدات أساسية لتشكيل السبائك، مصنوعة من الحديد الزهر أو الفولاذ المصبوب. يُحدد شكل التجويف الداخلي المقطع العرضي للسبيكة (مثل القوالب المربعة، الدائرية، المسطحة). تُسرّع زعانف التبريد الخارجية عملية التصلب. تتميز القوالب الكبيرة بأغطية عازلة (مثبتة في الأعلى) لتقليل تجاويف الانكماش أثناء التصلب.

معدات الصب: تشمل مغارف، ومنافذ صب، وغيرها، لضمان حقن أفقي مستقر للفولاذ في قوالب السبائك، ومنع تناثره أو احتباس خبثه. وحسب درجة الفولاذ وحجم السبيكة، يمكن استخدام إما "طريقة الصب العلوي" (حقن الفولاذ من أعلى القالب) أو "طريقة الصب السفلي" (إدخال الفولاذ من أسفل القالب، وهو الأنسب للسبائك عالية الجودة).

3. نظام إزالة القالب والتشطيب

جهاز إزالة القالب: عندما تبرد السبيكة إلى درجة حرارة محددة (عادةً 300-600 درجة مئوية)، تُستخرج من القالب باستخدام رافعة أو آلة متخصصة لإزالة القالب (لمنع تشوهها أو التصاقها بسبب الحرارة الزائدة).

معدات تنظيف السطح: تُزال العيوب مثل القشور، والبقع، والجرب من سطح السبيكة باستخدام التنظيف باللهب، أو عجلات التجليخ، أو القطع الميكانيكي. مرافق التوصيل الساخن/التبريد البطيء: تتطلب بعض سبائك الفولاذ عالية السبائك تبريدًا بطيئًا (مثل تبريد المداخن، وتبريد الحفر) لتقليل الإجهادات الداخلية. يمكن توصيل سبائك الفولاذ العادية ساخنًا إلى المطحنة الرئيسية لتحضير الكتل (يوفر الشحن الساخن والتسليم الطاقة).

4. نظام الفحص والوسم

معدات فحص الجودة: تكشف عن العيوب مثل الشقوق، وتجاويف الانكماش، والشوائب من خلال الفحص البصري، والاختبار بالموجات فوق الصوتية، وفحص البنية المجهرية منخفضة التكبير.

معدات الوسم: تطبع رقم الفرن، ودرجة الفولاذ، والوزن، ومعلومات أخرى على سطح السبيكة لتتبعها لاحقًا.

ثالثًا: سير عملية خط إنتاج السبائك (باستخدام سبائك الفولاذ كمثال)

تنقية الفولاذ المصهور: بعد استخراجه من فرن صناعة الفولاذ، يخضع الفولاذ المصهور للتنقية في أفران LF، وأفران VD (تفريغ الغازات)، وغيرها، لضبط تركيبه ودرجة حرارته ونقائه بما يتوافق مع متطلبات السبيكة.

تحضير قالب السبيكة: تُطلى الجدران الداخلية لقوالب السبيكة بعوامل فصل (مثل طلاء الجرافيت)، وتُسخّن مسبقًا إلى درجة حرارة تتراوح بين 100 و200 درجة مئوية (لمنع التشقق الناتج عن التبريد السريع أثناء صب الفولاذ المصهور)، ثم تُرتّب على منصة الصب وفقًا لمتطلبات العملية.

صب الفولاذ: يُحقن الفولاذ المصهور في قوالب السبيكة عبر نظام الصب. يتم التحكم في سرعة الصب (قد تُسبب السرعة الزائدة تناثرًا، بينما قد تُؤدي السرعة غير الكافية إلى تقشر السطح). يُستخدم غطاء حافظ للحرارة لتعويض الانكماش وتقليل العيوب الداخلية.

التصلب والتبريد: يتصلب الفولاذ المصهور تدريجيًا داخل قالب السبيكة (قد يصل وقت تصلب السبائك الكبيرة إلى عدة ساعات). يبدأ التصلب من الطبقة السطحية ويتقدم نحو المركز، مشكلًا بنية معدنية كثيفة.

فك القالب والمعالجة: بعد التبريد إلى درجة الحرارة المحددة، تُخرج السبيكة من القالب. تخضع لتنظيف سطحها وقطعها بالرافعة (إزالة قسم تجويف الانكماش العلوي) قبل دخولها مرحلة الفحص.

التخزين أو التسليم الساخن: تُخزن السبائك المؤهلة في المستودع أو تُسلم ساخنًا إلى مصنع الدرفلة الرئيسي/ورشة التشكيل لتحضير الكتل المعدنية (لفّها إلى كتل معدنية لعمليات الدرفلة اللاحقة).