این مقاله حاصل ۱۵ سال تحقیق و توسعه در شرکت دانشبنیان فناور صنایع پیشگامان برهان استیل به سرپرستی دکتر برهانزاده است. برای نخستین بار در دنیا، مولد ریختهگری آزمایشگاهی با استفاده از کامپوزیت اختصاصی Farbor403 طراحی و ساخته شد. هدف اصلی این طرح، حذف کامل سولفات باریم (BaSO₄) از فرآیند ریختهگری مس است. سولفات باریم به عنوان پوشش قالب استفاده میشود اما مشکلاتی از جمله هزینهی تکرارشونده، آلودگی زیستمحیطی، و نفوذ در باقیمانده ریختهگری که بازیابی عناصر ارزشمند (مانند Cu, Ag, Au) را مختل میکند به همراه دارد.
مولد پیشنهادی دارای ساختار چندلایه شامل:
- پایه فولادی،
- لایه مسی خالص ۹۹٪،
- لایه نرمکننده انتقال حرارت،
- لایه نهایی از کامپوزیت Farbor403 است.
برای خنککاری، سیستم ترکیبی آبگرد از پایین و مهپاشی از بالا بهکار گرفته شد. آزمایشها نشان دادند که بلوک مسی به ابعاد ۲۰۰×۲۰۰×۲۰ میلیمتر در مدت ۵ دقیقه بدون نیاز به سولفات باریم از قالب جدا میشود و با پیشگرمایش مجدد قالب، کل سیکل ریختهگری ظرف ۸ دقیقه تکمیل میگردد.
این فناوری ضمن افزایش بهرهوری و کاهش هزینه، گامی مؤثر در توسعه فناوریهای سبز و پایدار محسوب میشود.
مقدمه و ضرورت پژوهش
چالش سنتی: استفاده از سولفات باریم به عنوان پوشش قالب ریختهگری.
مشکل اقتصادی: نیاز به جایگزینی در هر سیکل → هزینه بالا.
مشکل زیستمحیطی: آلودگی خطرناک باریم و دشواری دفع.
مشکل فنی: نفوذ سولفات باریم در باقیمانده ریختهگری و اختلال در جداسازی فلزات ارزشمند.
هدف
حذف کامل BaSO₄ از فرآیند ریختهگری.
افزایش راندمان تولید و امکان بازیابی عناصر ارزشمند.
طراحی فرآیند آزمایشگاهی مشابه ریختهگری صنعتی.
مواد و روشها
کامپوزیت Farbor403: بر پایه کاربوراندوم با افزودنیهای پیشرفته.
خواص: چگالی ۳٫۲–۳٫۳ g/cm³، استحکام خمشی > ۳۵۰ MPa، هدایت حرارتی بالا، مقاومت عالی در برابر شوک حرارتی.
ساخت قالب: ابعاد ۲۵۰×۲۵۰×۸۰ mm، مجهز به لایههای فلزی و نرمکننده حرارتی.
فرایند ریختهگری: ریختن مذاب مس در ۱۲۵۰°C، جدایش قطعه در ۵ دقیقه، کل سیکل ۸ دقیقه.
نتایج
بلوک خروجی مسی: ۲۰۰×۲۰۰×۲۰ mm بدون ترک و چسبندگی.
حذف کامل سولفات باریم.
افزایش بازیابی عناصر ارزشمند تا ۱۵٪.
کاهش هزینه عملیاتی و حذف آلایندههای خطرناک.
دوام قالب: بیش از ۱۵ سیکل بدون افت کیفیت.
بحث
فناوری Farbor403 جایگزینی کامل و پاک برای BaSO₄ فراهم کرده است.
سرعت سیکل بالا (۸ دقیقه) نشاندهندهی شبیهسازی دقیق شرایط صنعتی است.
نوآوری شرکت دانشبنیان فناور صنایع پیشگامان برهان استیل به عنوان یک فناوری توسعهیافته قابلیت انتقال صنعتی دارد.
نتیجهگیری
مولد Farbor403 برای نخستین بار در دنیا توانست فرآیند ریختهگری مس را بدون استفاده از سولفات باریم عملی سازد. این روش موجب صرفهجویی اقتصادی، کاهش آلودگی زیستمحیطی و ارتقای کیفیت قطعه شد.
شماتیک و شکلها
جدول مقایسهای
معیار روش سنتی (BaSO₄) فناوری Farbor403
هزینه بالا (مصرفی) ناچیز
آلودگی زیستمحیطی شدید صفر
کیفیت سطح متوسط بالا
بازیابی فلزات ارزشمند کم بیشتر
زمان سیکل طولانی ۸ دقیقه
📐 شماتیک سهبعدی مولد ریختهگری (طرح مفهومی):
پایه فولادی → پایداری مکانیکی
لایه مسی → هدایت حرارتی بالا
لایه نرمکننده → یکنواختی توزیع حرارت
لایه Farbor403 → مقاومت در برابر مذاب و حذف نیاز به BaSO₄
سیستم آبگرد پایین → خنککاری سریع
سیستم مهپاش بالا → تثبیت سطح مذاب مس
📊 نمودار سیکل زمانی:
ریختهگری → خنکسازی سریع (۵ دقیقه) → جدایش بلوک → پیشگرمایش قالب → آمادهسازی سیکل بعدی (۳ دقیقه)
کل زمان سیکل = ۸ دقیقه
شرکت دانشبنیان فناور صنایع پیشگامان برهان استیل
سرپرست علمی: دکتر برهانزاده