مقاله ذوب و تصفیه فولاد

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله ذوب و تصفیه فولاد دارای ۴۰ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله ذوب و تصفیه فولاد  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله ذوب و تصفیه فولاد،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله ذوب و تصفیه فولاد :

در حقیقت، واکنش بین اکسیژن حل شده در فولاد وکربن می باشد. دردماهای مورد استفاده برای تصفیه فولاد (تقریباً F 2900 ) ، فولاد مستعد حل کردن اکسیژن قابل توجهی می‌باشد مثل FeO .
این FeO بوسیله سرباره و یا به وسیله یک واکنش بین سنگ معدن آهن افزوده شده و فولاد به وجود می آید، مثل :

شکل ۱۲-۱۶ یک جدول از سیکل اکسیداسیون در زیمنس مارتین را نشان میدهد. در مراحل اولیه در طی اکسیداسیون بعد از پایان ذوب، کربن موجود نسبتاً بالا می باشد. عمدتاً میزان FeO در فلز کنترل میشود. در حدود ۱/۰ درصد کربن و پایین، میزان FeO فلز عمدتاً بوسیله خصوصیات اکسنده سرباره کنترل میشود. بنابراین تنظیم کردن سرباره مهم است مخصوصاً درمورد ترکیب، حالت صحیح و واقعی زمانی به دست می آید که درصد کربن خواسته شده کم باشد.
در این قسمت، بوسیله استفاده از منگنز میتوان خصوصیات اکسنده سرباره را کنترل کرد. تقریباً در طول جوشش کربن،‌تغییری در عیار منگنز فلز، بوجود نمی آید برای اینکه، منگنز حل شده در فلز بوسیله کربن حفاظت می شود اگر منگنز، در دوره آخر اکسیداسیون و همراه حرارت، اضافه شود،‌قسمتی از منگنز در فلز باقیمانده و قسمتی دیگر اکسید شده و در سرباره حل می شود.

این در پایین آوردن قدرت اکسیداسیون سرباره مؤثر است زیرا FeO موجود در سرباره نسبتاً پایین می باشد. منگنز از آلیاژ اشپیگل( Mn 30-15% و C 5% ) مکرراً افزوده می شود یک چدن خام شامل حدوداً ۳۰% -۱۵ منگنز می باشد.
فسفر از طریق ایجاد یک حالت اکسندگی و یک سرباره بازی حذف میشود اگر درصد منگنز موجود در فولاد خیلی زیاد باشد و خصوصیات اکسندگی سرباره کاهش یابد در این صورت حذف فسفر خیلی مؤثر نخواهد بود.

در شارژ برای کنترل کردن خصوصیات سرباره از منگنز استفاده می شود و همچنین برای افزایش سیالیت سرباره میتوان از فلوئور اسپار (CaF2) استفاده کرد. افزودن این ماده معدنی برای کاهش سرباره نیز امری لازم می باشد و همچنین میتوان علاوه بر آن و اگر اپراتور لازم بداند در انتهای دوره پالایش از آهک نیز استفاده کرد.

کنترل سرباره ضروری است برای کنترل میزان اکسیژن در فلز و درجه فسفرزدایی سعی میشود آزمایشات زیادی روی سرباره انجام گیرد تا آن حد که باعث انعکاس مشخصات و ویژگیهای حالت سرباره شود
آزمایشات شامل : تستهای آنالیز شیمیایی، تستهای گرانروی ،‌تستهای رنگ سرباره و مشاهده کردن رنگ سرباره می باشد. منظور از این آزمایشات احتمالاً استاندارد کردن عملیات و همچنین تولید کردن فولاد با کیفیت عالی د هر دما می باشد. آنالیز سرباره قبل از اتمام جوشش، معمولاً در رنج و مجموعه ترکیب زیر می باشد.

%۱۵-۷ Mno , %50-40 Cao, %16-12 FeO, 18-13 Sio2,
اکسیژن زدایی و بارگیری
وقتی دما به حد مورد نظر و آماده برای بارگیری (تخلیه مذاب) رسید عامل اکسیژن زدا اضافه میشود. این عمل اضافه کردن عامل اکسیژن زدا باید در درجه حرارت کمتر اضافه شود برای اینکه بتوان از واکنشهای دیگر ما بین اکسیژن و کربن جلوگیری کرد واکنش اکسیژن با جمعی از آنها دارای محصول واکنشی غیرگازی می باشد.

اکسیژن زداها شامل :‌آلیاژ اشپیگل،‌فروسیلسیم،‌فرومنگنز و سیلیکو منگنز می باشند. آنالیز مخصوص از این فروآلیاژها در جدول ۱-۱۶ نشان داده شده است حدوداً ۱۰ دقیقه بعد از اضافه کردن اکسیژن زداها دمای تخلیه مذاب فرا می رسد. این درجه حرارتها نزدیک F3000-2900 می باشند.
علاوه بر اکسیژن زدایی در داخل پاتین با استفاده از فروسیلسیم و فرومنگنز، اگر کنترل ریزدانگی هم مورد نظر باشد میتوان با خروج گاز توسط Al به خواسته خود رسید. اگر افزایش کربن مورد نیاز باشد میتوان زغال سنگ یا کک نفت در پاتیل اضافه کرد.

ذوب الکتریکی بازی :
ساخت کوره :
کوره های الکتریکی بازی خیلی کوچکتر از کوره های زیمنس مارتین می باشند و ظرفیت آنها از الی تن (ton 5/7 –۵/۰ ) متغیر می باشد. یک نمای کلی از سطح مقطع یک کوره الکتریکی در شکل ۵-۱۶ نشان داده شده است. و یک عکس از یک کوره‌ آماده برای شارژ شدن در شکل ۶-۱۶ نشان داده شده است. کوره قوس الکتریکی به طریق اصابت کردن قوس ما بین شارژ یا حمام و الکترودهای سه گانه بزرگ که از کربن یا گرافیت ساخته میشوند و بوسیله یک مدار سه فاز کار می کنند ارتفاع الکترودها و حمام کنترل الکتریکی می شوند.

ولتاژها نسبتاً پایین بوده و جریان متداول می باشد همچنین برای تغییر دادن به میله جریان بزرگ و سیم رابط ضخیم نیاز می باشد.
شارژ معمولاً از طریق درب کوره وارد کوره می شود. سقف کوره از آجر سیلیس بوده در حالیکه دیواره های کناری به وسیله آجر منیزیت یا آجر کرم – منیزیت ساخته و پوشانده میشوند. کف کوره در محل خود کوبیده می شود.

ذوب و تصفیه :
انتخاب اصول عمومی کنترل عملیات تصفیه درکوره زیمنس مارتین بازی همچنین کوره الکتریکی بازی مطمئناً اصلاح در عملیات می باشند که در کوره الکتریکی بازی خم شوندگی مهم می باشد.
بر خلاف شارژ زیمنس مارتین، برای شارژ کوره الکتریکی نمی توان از چدن خام استفاده کرد زیرا در زیمنس مارتین در طی ذوب کربن از دست رفته زیاد نیست. چون اتمسفر کوره اکسیدی نیست، بنابراین در انتخاب شارژ باید عوامل اکسید کننده بیشترین کنترل را شوند. معمولاً تا وقتی که یک لایه از فلز تشکیل نشود آهک اضافه نمی شود و زمان اضافه کردن آن هم باید در زمان کمتری انجام گیرد در بارریزی زیر گرما باید در هر یک از روشهای ذیل کنترل شود :

۱- سنگ معدن آهن اضافه میشود و تصفیه به وسیله اکسیداسیون کامل همانند روشی که برای زیمنس مارتین شرح داده شده انجام می گیرد.
۲- سنگ معدن آهن حذف می شود و یا خیلی کم استفاده می شود و کاهش کربن در طی تصفیه کمتر می باشد.
۳- ذوب کردن بدون اکسیداسیون :‌این روش کاربرد زیادی در فولادهای ضد زنگ و با آلیاژ زیاد دارد. اگر در اسکرپ درصد منگنز و کروم بالا باشد استفاده میشود. قطعات اسکرپ انتخاب شده از زنگ زدن به دور بوده و احتمالاً درجه بندی می شوند. حالت اکسندگی در طی تصفیه نیست، اما تقریباً مقدار کمی از منگنز، کروم و فسفر را درطی اکسایش در هنگام ذوب ، کاهش می دهد.

در حرارتهای تولید شده بوسیله روشهای ۱ و ۲ سرباره به اندازه کافی بازی است و حالت اکسندگی و اکسیدشدن بوسیله فسفر،‌که حدود ۰۲/۰ درصد یا پایینتر می باشد حذف می شود. هنگامی که حمام و سرباره دارای دما و ترکیب مناسب هستند میتوان با تنظیم صحیح اقدام به سرباره گیری کرد.

این عمل در زیمنس مارتین بازی اتفاق نمی افتد چون انجام اعمال مکانیکی خیلی مشکلتر می باشد. یک دفعه این سرباره حذف می شود و برای تصفیه سرباره ساخته شده ، آهک و فلوئور اسپار افزوده می شود منظور از این ، به اصطلاح پالایش سرباره حذف سولفور می باشد. که فقط می توان بوسیله کاهش دادن حالت بازی انجام داد.ضرورت کاهش دادن عامل بازی در این وضعیت فقط با افزودن کربن بر روی سرباره امکانپذیر می باشد. در این مورد واکنش زیر در نظر گرفته میشوند:

+ CO+Fe ( در سرباره) Cas (در فولاد) CaO+Fes + (در فولاد) C
فرآیند تصفیه حدود ۱ الی ۵/۱ ساعت می باشد که کامل شدن آن بوسیله نمونه گیری از سرباره و مشاهده آن نشان داده میشود.
معمولاً فلز به صورت کف ریز از داخل پاتیل تخلیه میشود زمانیکه ترکیب قبل از دوره تصفیه تنظیم شده باشد نباید در هنگام تخلیه مذاب چیزی افزوده شود.
اگر در وهله اول مقدار فسفر یا اکسندگی به اندازه کافی پایین باشد سرباره می تواند بدون تغییر بماند و کاهش سرباره بلافاصله در پایان ذوب شروع به کاهش شدن می شود. بقیه فرآیند همانند فرایند تصفیه توضیح داده شده در پاراگراف قبلی می باشد. در بعضی وضعیتها ،‌همچون تولید فولاد ضد زنگ به کربن موجود کمتری نیاز است. بنابراین در تصفیه سرباره از کربن بیشتر خودداری شده و به جای آن از Al استفاده میشود.

یک امتیاز از روش دوبار سرباره گیری در کوره الکتریکی بازی زمانی است که نمی‌دانیم فولاد از چه آلیاژهایی ساخته شده است،‌می باشد. این امر، زمانیکه افزودنیها از عناصر منگنز و کرم که به آسانی اکسید میشوند،‌اگر ساخته شوند، مهم است. آلیاژهایی همچون نیکل و مولیبدن را میتوانیم همراه قطعات اسکرپ شارژ کنیم به شرط اینکه در طی ذوب اکسید ایجاد نکنند.

همچنین در مورد زیمنس مارتین،‌اکسیژن زداها باید ۱۵-۵ دقیقه قبل از تخلیه مذاب و بارریزی اضافه شوند. این اکسیژن زداها شامل فروسیلسیم،‌فرومنگنز، سیلسیم منگنز، فروتیتانیوم و در مواقعی آلومینیم می باشد.

ذوب کردن در زیمینس مارتین اسیدی :
ساخت کوره : در کوره زیمنس مارتین اسیدی همانند کوره زیمنس مارتین بازی از نسوزهای متفاوتی استفاده میشود. با وجوداین در پروسه تصفیه هم ، یک مرحله اکسیداسیون وجود دارد. اما سولفور و فسفر موجود نمی توانند حذف شوند و مقداری اکسید آهن جذب سرباره می شود، با همه اینها این درصد در سرباره بازی خیلی فعال نمی باشد. این صفات کیفی یک ترکیب از FeO با SiO2 سرباره می باشد.
این ویژگی دلیل اساسی بر این است که چرا محصول فولاد با کیفیت بالا میتواند با یک

کنترل min بدست می آید.
کف کوره زیمنس مارتین اسیدی همانند روش زیمنس مارتین بازی ساخته میشود،‌به استثنای ماسه که به جای آن منیزیم پخته شده در روی آجر نسوز ریخته میشود ماسه در دمای حدود F2900 ذوب می شود. برخی سازنده های کوره، مقداری سرباره، خاک رس آتشی یا فروسیلسیم را با ماسه مخلوط می کنند که یک اتصال و چسبندگی یکپارچه و عالی،‌برای استفاده در بعضی وضعیتها بدست می آید. عمر و دوام کوره در میان چیزهای دیگر، بیشتر به نوع فولاد تولید شده بستگی دارد. از آنجاییکه فولادهای کم کربن،‌برای ذوب و تصفیه به دمای زیادتری نیاز دارند بنابراین باعث تخریب سریع کف کوره میشوند.

شارژ کوره :
در کوره های زیمنس مارتین بازی از سوختهای گازی یا نفتی استفاده میشود. شارژ کوره زیمنس مارتین اسیدی شامل چدن خام، قطعات خواب (scrap) کارگاه ریخته گری و خریدن قطعات scrap که دارای حدود ۲۰-۱۵ درصد چدن خام می باشد، است. درصد چدن خام به وسیله داشتن نیاز کافی به کربن تعیین میشود، زمانیکه سنگ معدن آهن اضافه میشود، در حرارت هنگام ذوب ریزی یک جوشش سخت اتفاق می افتد. معمولاً مجموع مقدار کربن در حدود ۷/۰-۵/۰ درصد بیشتر از مقدار پایانی آن در نظر گرفته میشود.

باید Scrap ،‌دارای سولفور پایین و محتوی فسفر ترجیحاً پایین تر از ۰۴/۰ درصد باشد چون این عناصر را نمی توان در پروسه اسیدی حذف کرد. سیلسیم موجود در شارژ بین ۶/۰ و ۱ درصد می باشد بالاتر از این در شارژ زیمنس مارتین بازی استفاده می شود. میزان منگنز شاید مابین محدود وسیع حدود ۴/۰ الی ۷۵/۱ تغییر کند و حدود میانگین ما بین ۷۵/۰ و ۱ درصد افزوده می شود.

ذوب کردن و تصفیه :
کربن، سیلسیم، و منگنز، نسبتاً در طول اتمام ذوب اکسیده می شوند. میزان کربن در اتمام ذوب باید حدود ۲/۰ الی ۳/۰ درصد بیشتر از کربن نهایی باشد. سیلسیم نهایی نباید بیش از ۲/۰ درصد باشد اگر مقدار سیلسیم بالای این عدد باشد مطمئناً به دلیل یک جوشش شدید،‌اکسیداسیون سنگ معدن یا بالانس اکسیژن با سرعت بالا ممکن نخواهد بود. و اگر خیلی پایین باشد ممکن است در طی جوشش مقدار کربن به شدت کاهش می یابد. عواملی که مقدار سیلسیم و منگنز موجود در ذوب نهایی را تعیین می کنند عبارتند از:
۱- مقدار شارژ
۲- سرعت کار کردن کوره (اکسیداسیون در طی عملیات ذوب)
۳- فشردگی شارژ
۴- میزان عناصر موجود دیگر (منگنز یا سیلسیم)

منگنز موجود در شارژ به وسیله کار کردن در دامنه مطمئن دما کنترل میشود. بدین ترتیب منگنز موجود در شارژ (۲۵/۱ الی ۷۵/۱ درصد) می باشد و بالاتر از این باعث تشکیل Mno در سرباره می شود. این محصول سیالیت سرباره را بیشتر از FeO موجود پایین می آورد.
بدین ترتیب سرباره نسبت به پایان دوره تصفیه کمتر اکسید میشود بنابراین کاهش کربن کنترل میشود.
با افزایش آهک در سرباره میتوان حرارت و دما را کنترل کرد. افزودن آهک باعث حذف کربن خواهد شد چون این عمل در سرباره جای خود را با FeO عوض می کند و در آن موقع این FeO به صورت آزاد کربن را اکسید می کند.

معمولاً دما به وسیله استفاده از “آهن باری” همراه با اکسیژن زداهایی مثل سیلسیم منگنز،‌اشپیگل یا فروسیلسیم و فرومنگنز نیز کاهش می یابد. اکسیژن زدایی در مرحله پایانی حدود نیم ساعت انجام می گیرد، در این بخش از فرومنگنز و فروسیلسیم استفاده می شود. ممکن است AL به عنوان مواد جوانه زا و همچنین اکسیژن زدا در پاتیل اضافه شود، اما مقدار مصرف آن بحرانی (محدود) می باشد چون ممکن است افزودن AL باعث کاهش داکتیلیتی (انعطاف پذیری) شود. اگر دما در مراحل آخر از حرارت دادن تا حدود F 3100 بالا باشد و کربن خیلی پایین نباشد، سیلسیم می تواند با سرباره و دیواره های کوره در امتداد سرتاسری واکنش زیر را انجام دهد :

معمولاً چنین واکنشی در کنستانتره نامرغوب رخ می دهد، اما این پروسه ذوب در اروپا و در کشورهای اروپایی مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش سیالیت پایین آمده و فرصت خوبی برای برداشتن گاز می باشد.
همچنین در کوره های با آستربازی میتوان سرباره را با استفاده از روشهایی همچون میزان ویسکوزیته ، ‌تست های بهم چسبیدن سرباره و یا مقادیر وزن مخصوص کنترل کرد. یک رابطه نزدیک بین ویسکوزیته سرباره و اسید موجود در سرباره وجود دارد Sio2 به اضافه AL2O3 که به وسیله شکل ۷-۱۶ نشان داده شده است. اینجا یک ویسکوزیته بالا و در واقع اهمیت سیالیت بالا نشان داده شده است. زمانیکه نمونه دارای طول زیاد باشد، سرباره خیلی سیال می باشد، یک طرح از شکل قالب تست ویسکوزیته در شکل ۸-۱۶ نشان داده شده است. همچنین یک رابطه بین ویسکوزیته FeO موجود سرباره میتواند نمایش داده شود. با افزایش میزان FeO موجود ویسکوزیته کاهش می یابد.

ذوب کردن الکتریکی – اسیدی :
ذوب درکوره الکتریکی اسیدی مشابه ذوب در زیمنس مارتین اسیدی می باشد،‌به جزء آن میتوان از سطح عمق و پهنای زیادی نیز استفاده کرد به دلیل اینکه خصوصیات اکسندگی در کوره اتمسفری در مقایسه با زیمنس مارتین کمتر می باشد. ساخت کوره همانند ساخت کوره الکتریکی بازی می باشد. و به وسیله شکل ۵-۱۶ نشان داده شده است. ظرفیت متوسط کوره ۳ تن می باشد. اما معمولاً بیشتر از ظرفیتشان شارژ می شوند. یک نوع عالی از کوره های الکتریکی اسیدی در کشور وجود دارد که از انواع دیگر کوره های ذوب فولاد بیشتر برای ریخته گری فولاد کاربرد دارد.

شارژ کوره معمولاً قطعات اسکرپ کارگاهها و خرید اسکرپ می باشد.
اخیراً از انتخاب شارژ با فسفر و گوگرد زیاد اجتناب می شود.

ذوب و تصفیه :
بیشتر کارخانه ها برای حاصل اطمینان از تولید فولاد با کیفیت عالی، یک جوشش شدید را ادامه می دهند. این جوشش باعث ایجاد یک اکسید آهن و در نتیجه زنگ زدن فولاد می‌شود. سنگ معدن آهن با پوسته نورد در حمام اضافه می شود. و یا از لانس اکسیژن استفاده میشود. (قسمتی از تزریق اکسیژن نشان داده شده است). اصول روش عملیات حرارت دادن شبیه زیمنس مارتین اسیدی می باشد. این روش ذوب کردن همان روش اکسیداسیون کامل می باشد.
زمانیکه از روش اکسیداسیون ناقص استفاده میشود فقط یک جوشش ملایم ایجاد میشود که به وسیله واکنش کربن با مقداری از FeO حاصل از رنگ زدن و اکسید موجود روی شارژ القا می شود. این روش دارای مزیت،‌تولید سریع می باشد اما ممکن است گاهی اوقات داریا خواص مکانیکی نامرغوب باشد.
میتوان سرباره را به وسیله مشاهده رنگ سرباره یا بوسیله آزمایش ویسکوزیته (ویسکوزی متر) کنترل کرد رابطه بین ویسکوزیته اسید موجود همانند روش زیمنس مارتین اسیدی بدست می آید.

در بعضی مواقع و به هنگام کربن دهی مجدد،‌نخستین سرباره روی فولاد حذف میشود و یک سرباره جدید خنثی از آهک و ماسه ساخته میشود . ضرورت افزودن منگنز و سیلسیم میتواند شرایط غیرمعمولی را بهبود بخشد و همچنین می توان به کنترل بهتر از حرارت و دما دست یافت.
معمولاً در افزودنیها ، اکسیژن زداها در پایان حرارت دادن اضافه می شوند،‌AL را میتوان به مقدار دلخواه در پاتیل اضافه کرد مخصوصاً اگر فلز در قالبهای ماسه ای تر ریخته گری میشوند. علت و عوامل کاستی ها در ریخته گری مهم هستند مگر اینکه فلز به اندازه کافی اکسیژن زدایی شده باشد.
احتمالاً ، جذب سیلیسیم از سرباره یا دیواره های کوره باعث انجام واکنش الکتریکی – اسیدی درکوره زیمنس مارتین اسیدی می شود و به وسیله بالابردن مقدار منگنز شارژ کاهش داده میشود.

فرآیند کنورتر اسیدی :
بعضی کارخانه ها فولاد را در یک کنورتر با پوشش اسیدی تولید می کنند. معمولاً مذاب مورد نیاز بوسیله کوپلا تأمین میشود. کنورتر مورد استفاده در کارخانه فولادسازی نوع بسمر نمی باشد (که هوا از ته دمیده شود)
بنابراین این یک کنورتر می باشد که در شکل ۹-۱۶ نشان داده شده است فلز مذابی که در کنورتر مورد استفاده قرار می گیرد دارای رنج آنالیز زیر می باشد:

۷۵/۲ الی ۵/۳ % کربن
۳/۱ الی ۲% سیلیسیم
۵/۰ الی ۰۶% منگنز
۰۴/ فسفر max
۰۴/۰ گوگرد max

مذاب به دست آمده از کوپلا معمولاً دارای گوگرد بالا می باشد بنابراین باید عملی انجام دهیم که باعث کاهش گوگرد شود. این عمل را میتوان با استفاده از نمک قلیایی (کربنات سدیم) یا سود سوزآور (هیدروکسید سدیم) درجلوی مجرای کوپلا انجام داد. این مواد سرباده های سیال تشکیل می دهند و به سرعت با گوگرد موجود در مذاب کوپلا واکنش نشان میدهند و مقدار آن را حدود ۷۵% کاهش می‌دهند.