چهار روش احیا فولاد به اختصار که در این مقاله به آن اشاره می‌کنیم.
- خارج کردن اکسیژن از فولاد O
- خارج کردن گوگرد از فولاد S
- رساندن درجه حرارت مذاب به درجه حرارت موقع خروج مذاب از کوره
- میزان کردن عناصر و آلیاژ فولاد
گوگرد و اکسیژن باعث شکستن فولاد در حالت کاربرد قطعه می‌شود. عناصری که اکسیژن را از فولاد می‌گیرند عبارتند از: Si ،Mn ،Cr
اکسید‌هایی که تولید سرباره می‌کنند
این فرمول‌ها را فعل و انفعال احیا می‌نامند [FeO]+[Si]→SiO2. [FeO]+C→[Fe]+CO
CaO اکسید کلسیم، اکسید سیلیسیم SiO2، اکسید منگنز، MnO اکسید منیزیم، MgO اکسید آهن FeO، اکسید فسفر P2O5، اکسید آلومینیوم Al2O3
شلاکه سفید چیست؟ و چگونه تهیه می‌شود؟
برای هر تن فولاد مواد زیر را باید تهیه کرد:
CaO 3 تا 5 کیلوگرم، CaF2 1 تا 3 کیلوگرم،FeSi5تا8 کیلوگرم ،C کک 1تا5/1 کیلوگرم
توضیح این که تمامی‌این مواد باید بصورت پودر باشند. تمام اینها را با هم مخلوط کرده و کم کم به کوره اضافه می‌کنیم فرمول شلاکه سفید: 2CaO.SiO2
برای یک ذوب 20/0 -10/0 SiO2،FeO،≤07/0 FeO; ≤ ، 04/0 MnO≤ ، 05/0 -01/0 MgO; ، 04/0-02/0 Al2O3;10/0-05/0 CaF2; ،10/0-05/0 CaS;
کربن و سیلیسیم به عنوان احیاء کننده انتخاب می‌شوند
وقتی که پودر کک و فروسیلیسیم به سرباره اضافه شود سرباره رقیق‌تر شده و حالت بازی به خود می‌گیرد (حالت احیا خوب انجام می‌شود.)
[FeS]+[MnO]→[MnS]+[FeO]
اگر در فولادها در صد گوگرد زیادتر از نرم باشد Co3Ca CaFe اضافه می‌کنیم و فولاد را گرم می‌کنیم تا گوگرد کم شود یا مقداری Mn به ذوب اضافه می‌کنیم که سولفور منگنز ( MnS )حاصل می‌شود.
شلاکه کاربیدی چطور بدست می‌آید؟
در مواقعی که در فولاد مامقدار فروسیلیس کم باشد به این عمل می‌گویند شلاکه کاربیدی.
نقطه ذوب فرو آلیاژهای زیر بیشتر از فولاد است:
- FeW بیشتر از 2000 درجه سانتیگراد
- FoM 1550-1630 درجه سانتیگراد
- FaCe 1660-1700 درجه سانتیگراد
- گازها در فولاد
- هیدروژن، ازت ،اکسیژن
هیدروژن
گاز هیدرژن از طریق بارگیری فرو آلیاژهای خیس و مقداری هم از طریق هوا وارد ذوب می‌شود. اگر درجه حرارت ذوب بالا باشد این گاز زودتر حل می‌شود و اگر درجه حرارت ذوب کم باشد در اثر جوش فولاد از ذوب خارج می‌شود.
ازت
این گاز به وسیله هوا داخل کوره می‌شود.
در کنار الکترودها به صورت NO و در زیر الکترودها بصورت N وجود دارد. به فولاد حالت شکننده می‌دهد. در بعضی از فولادها ازگاز ازت برای ذوب‌های ازتی بخاطرسختی فولاد استفاده می‌شود. معمولاً این گونه ذوب‌ها در کوره‌های القائی تهیه می‌شود. ولی ازت در سایر ذوب‌ها مضر می‌باشد.
اکسیژن
این گاز از طریق هوا به وسیله فرو آلیاژ بطور طبیعی در فولاد وجود دارد که با احیاء کردن فولاد از ذوب خارج می‌شود و راه دیگر از بین بردن این نوع گاز استفاده از گاز آرگون می‌باشد این گاز را بوسیله دستگاه مخصوص به ذوب می‌دمند تا گاز ازت و گازهای دیگر از ذوب خارج شود.
در زمان احیاء فولاد، آهکی که بصورت پودر می‌باشد نباید به ذوب اضافه کرد چون دارای Ca(OH)2 می‌باشد.
کنترل تکنولوژی ذوب فولاد-زمان احیاء
فولاد ریز باید کنترل ذوب را داشته باشد. در درجه اول باید احیاء باشد. در درجه دوم مواظب درجه حرارت فولاد باشد که بالا نرود. در درجه سوم خواص شیمیایی فولاد را با نمونه برداری و دریافت جواب آن از آزمایشگاه درصد آن از آزمایشگاه درصد عناصر را تنظیم کند مطابق مارک خواسته شده فولاد.
احیا بودن فولاد زمانی معلوم می‌شود که فولاد پز یک قاشقک ذوب داخل استکان نمونه برداری بریزد. اگر نمونه پف کرد فولاد احیا نیست. اگر در استکان کشید فولاد خوب احیاء شده است.
خالی کردن ذوب فولاد از کوره درون پاتیل برای ریخته گری
وقتی که ذوب از هر نظر آماده بود یعنی درجه حرارت تنظیم و درصد عناصر، مطابق مارک تنظیم شد آن را از طریق دریچه خروج مذاب داخل پاتیل تخلیه می‌کنیم تا در فرم‌های مورد نظر ریخته شود.
پاتیل‌ها برای ریختن ذوب
دو نوع پاستیل داریم: پاتیل سرریز و پاتیل با استپر
1. پاتیل سرریز
در این پاتیل ذوب را از طریق لبه پاتیل داخل فرم هدایت می‌کنیم. در موقع ریخته گری اگر کارشناسان شرکت ریخته گری اصفهان مواظب نباشند امکان دارد سرباره نیز از لبه پاتیل با فلز داخل فرم برود و در نتیجه در فرم حفره بوجود آید و قطعه خراب شود یعنی کرمو شود یا مک داشته باشد.
2. پاتیل با استپر
این پاتیل فایده‌اش این است که در موقع ریختن ذوب کنترل ذوب و پاتیل در دست ریخته گر می‌باشد. بوسیله استپر می‌تواند فشار ذوب را کم یا زیاد کند. این نوع پاتیل‌ها را با آجر شاموتی آجر چینی کنند چون شاموت حرارت را کمتر از خودش عبور می‌دهد. پاتیل باید قبل از ذوب گیری 600 درجه گرم باشد. که با مشعل گازی گرم می‌شود.
مصرف الکترود
- مصرف نرمال الکترود در کوره الکتریکی برای یک تن ذوب 15 کیلو گرم می‌باشد.
- عناصری که در اثر حرارت دادن یا کشیدن سرباره از فولاد اکسید نمی‌شوند.
- Mo ، Ni و Cu را می‌توان با شارژ نیز داخل کوره ریخت چون سوخت ندارد. فقط اگر زیر الکترود بارگیری شوند بخار می‌شوند.
ساختار آهن و فولاد
1- فریت: فریت به آهن نسبتاً خالص گفته می‌شود که مقداری کربن در آن حل شده است.
2- پرلیت: اگر مقدار کربن را به تدریج در آهن اضافه کنیم علاوه بر فاز فریت ساختار ی به شکل خطوط سیاه و سفید مانند اثر انگشت در آهن مشاهده می‌شود که به صورت خطوط یک در میان و متناوب در سطح مقطع آهن وجود دارد که به آن پرلیت می‌گویند. هر قدر مقدار کربن در آهن زیادتر باشد ،مقدار پرلیت آن هم زیادتر می‌شود و با استحکام بیشتر ولی ترد‌تر می‌شود.
دستورالعمل تکنولوژی ذوب فولاد با مارک که بصورت خطوط یک در میان و متناوب در سطح مقطع آهن وجود دارد که به آن پرلیت می‌گویند. هر قدر مقدار کربن در آهن زیادتر باشد، مقدار پرلیت آن هم زیادتر می‌شود و با استحکام بیشتر ولی ترد‌تر می‌شود.
دستورالعمل تکنولوژی ذوب فولاد با مارک 38 X3 MPA
در کوره قوس الکتریکی بازی جریان ذوب از مراحل زیر تشکیل می‌شود:
- تمیز کردن کوره
- بارگیری
- ذوب
- اکسیداسیون
- احیا
- تخلیه مذاب
- ریخته‌گری
1- تمیز کردن کوره (تعمیر)
علت ذکر این نکات در این دستورالعمل بدین منظور است که تعمیر کوره پس از هر ذوب از اهمیت ویژه‌ای برای کوره و دوام و عمر آجرچینی آن برخوردار می‌باشد؛ زیرا تمیز نکردن و تعمیر نادرست کوره باعث کنده شدن پودر مگنزیت (MgO ) و مصرف شدن بی جهت تعمیر به هنگام ذوب شده که در روند تکنولوژی ذوب اشکالات زیادی ایجاد می‌کند. به همین دلیل پس از تخلیه فلز از کوره داخل کوره به وسیله میله فلزی بازدید می‌شود که اگر سرباره یا فلزی در کف یا خط سرباره وجود دارد و یا داخل فرو رفتگی‌ها و حفره‌ها در اطراف کوره از فلز و سرباره تمیز شود و بعد به وسیله پودر مگنزیت 85% و شیشه مایع 15% خوب مخلوط شده و در کف و خط سرباره و فرو رفتگی‌های کوره ریخته و تعمیر می‌کنیم و پس از آن کوره ما آماده ذوب کردن می‌باشد.
ترکیب شیمیایی فولاد
Ca V Ni Mo Cr S P Si Mn C3/0 ≥ 18/0-10/0 5/3-3 45/0-35/0 20/1-50/1 025/0 ≥ 025/0 ≥ 37/0-17/0 50/0-25/0 40/0-33/0
2- بارگیری
بارگیری مواد شارژ در ظرف مخصوص به نام بسکت به ترتیب زیر باید انجام شود:
- 10%تا 15% مواد شارژ زیر شامل قطعات با اندازه 100x150x 200 میلی‌متر
- 25% مواد آلیاژ آهن قراضه درشت به اندازه 250×350 x 600 میلی‌متر
- 25%تا 35% قراضه متوسط به اندازه 150x250x400 میلی‌متر
- 15%تا 25%از مواد شارژر ریز به اندازه 100x150x200 میلی‌متر
3- مواد و متریال لازم جهت شارژ
شمش چدن، فولاد برگشتی کارگاه از مارک‌های فولاد‌های کربنی شامل: (اضافه ذوب، راهگاه ،تغذیه ،قطعات برگشتی)، آهن قراضه استاندارد شامل: (سر و ته شمش‌های نورد تیر آهن )
یاد آوری می‌شود که استفاده از برگشتی بیش از یک سوم وزن کل بار مجاز نیست.
به منظور تامین مقداری از کربن لازم در این مارک می‌توان از خرده الکترودها و یا از کک درشت استفاده نمود. به منظور اکسیداسیون کربن شارژ 3/0 =C اضافه بر حداقل باید در نظر گرفته شود. جواب اولین نمونه کربن ذوب باید 63/0 =C باشد. همچنین جهت سوخت کربن هنگام ذوب شدن و تبدیل جامد به مایع 30/0%0 تا 25/0 % در نظر گرفته شود. بنابراین کربن محاسبه شده نباید کمتر از 83/0 در بار باشد. برای تشکیل فوری سرباره وجلوگیری از سوخت کربن و جذب گاز کمتر مذاب و جلوگیری از اکسید شدن بیش از حد کربن هنگام ذوب شدن در کف کوره قبل از بار گیری به میزان 1% از وزن کل شارژ سنگ آهک CaCO3 اضافه نموده و بعد شارژ را که داخل باسکت می‌باشد توسط جراثقال در کوره تخلیه می‌کنیم. باید مواظب باشیم شارژ جلو دریچه کارگری ریخته نشود تا مراحل ذوب شدن بار در کوره را فولاد پز بتواند بهتر کنترل نماید.
قبل از شروع ذوب و روشن کردن کوره بایستی فولاد پز سیستم هیدرولیکی و وضعیت کوره و سردکننده‌های آب اطراف کوره و اکونومایزر‌ها را خوب بررسی نماید. پس از اطمینان کامل، ذوب را شروع نماید.
هنگام شروع ذوب باید روی مرحله 1 از 6 مرحله کوره باید با حداکثر قدرت ترانسفورماتور انجام گردد.پس از گذشت یک ساعت از روشن شدن کوره شارژ اطراف کوره را به وسیله ابزار مخصوص باید به زیر الکترود ها هدایت کرد. با ذوب شدن 80% از شارژ کوره به ازای هر تن بار در کوره 25 تا 30 کیلو گرم سنگ معدن آهک باید به کوره اضافه شود و پس از ذوب شدن کامل شارژ و آهک داده شود که معمولاً 10 دقیقه طول می‌کشد. نمونه اول را از وسط کوره برداشته جهت تعیین درصد عناصر زیر به آزمایشگاه ارسال می‌کنیم.
4- مرحله اکسیداسیون
پس از ارسال اولین نمونه،سرباره اول را که روی مذاب را پوشانده است بوسیله ابزار مخصوص از کوره خارج کرده و دوباره به کوره سنگ آهک برای تشکیل سرباره مجدداً اضافه می‌کنیم به اندازه قبلی. پس از ذوب شدن آهک و تشکیل سرباره جهت اکسیداسیون و اکسید کردن عناصر مضر، سنگ معدن آهن به مقدار 1 تا 2 کیلو گرم بر هر تن بار موجود در کوره جهت اکسید کردن کربن، فسفر و سایر عناصر مضر به کوره اضافه می‌شود تا گازهای مضر مانند (N-H-O) بوسیله جوش فولاد از کوره خارج شود. حداقل زمان اکسیداسیون 20 دقیقه و حداکثر آن 60 دقیقه مجاز می‌باشد.
در این مدت هر 15 دقیقه یک نمونه جهت تعیین درصد عناصر ذکر شده در بالا به آزمایشگاه ارسال می‌شود و مجدداً سرباره گیری می‌شود، تا عناصر موجود در کوره با عناصر موجود در مارک میزان شود. پس از کشیدن هر سرباره باید سرباره جدید ساخته شود. در مرحله اکسیداسیون، فولاد باید کاملاً در کنترل فولاد پز بوده و از گرم شدن بیش از حد فولاد در نرم مخصوص مارک باید جلوگیری کند، چون اگر فولاد زیاد گرم شود فسفر که یک عنصر مضر در هر مارک می‌باشد از سرباره به داخل فولاد بر می‌گردد و باعث براق شدن فولاد می‌شود.
یاد آوری می‌شود که 15 دقیقه قبل از پایان مرحله اکسیداسیون باید هیچ نوع موادی مخصوصاً سنگ آهن نباید به کوره داده شود تا در این مدت فولاد به اصطلاح جوش تمیزی خود را در حالت طبیعی بزند و پس از دریافت آخرین جواب نمونه و جوش تمیزی سرباره پایان مرحله اکسیداسیون به میزان 95% از کوره خارج می‌کنیم در این مدت C – P – Mn موجود در کوره را با مارک تنظیم می‌کنیم که فسفر در پایان اکسیداسیون 10% تا 15% مجاز می‌باشد.
5- مرحله احیاء
پس از پایان اکسیداسیون مرحله احیاء بوسیله فرو منگنز و فرو سیلیسیم شروع می‌شود و پس از آن (V- Ni –Mo-Cr) در حد وسط مارک فولاد محاسبه شده به مذاب اضافه می‌گردد و پس از آن سرباره باید ساخته شود. در این مرحله زیر دریچه کارگری کاملاً بسته شود و از وارد شدن هوای بیرون به کوره حتی الامکان جلوگیری شود. همچنین در این مرحله جهت احیاء سرباره در هر 10 دقیقه 15 تا 20 کیلو گرم سنگ آهک + 1 تا 2 کیلو گرم پودر کک و یک کیلو گرم فلدسپات (F2Ca) در سطح سرباره پاشیده شود. نسبت Ca به SiO2 باید بیشتر از 2 باشد. قبل از ارسال نمونه احیاء باید فولاد کاملاً به وسیله ابزار مخصوص بهم زده شود و 20 دقیقه بعد از احیاء و به هم زدن کامل فولاد در چند بار، دو نمونه با فاصله زمان 5 دقیقه جهت تعیین درصد عناصر زیر به آزمایشگاه ارسال می‌شود:V – Mo – Ni – Cr – S – P – Si – Mn – C
پس از دریافت جواب دو نمونه و تامین در صد عناصر بالا با مارک، جریان برق را بالا برده و فولاد را گرم می‌کنیم و پس از آن درجه حرارت را بوسیله ترموکوپل اندازه‌گیری کرده و سپس کوره را تخلیه می‌کنیم.
6- مرحله تخلیه
در این مرحله ناودان خروج مذاب باید کاملاً خشک باشد و همچنین پاتیل از هر نوع سرباره و مواد دیگر تمیز و درجه حرارت مناسب را دارا باشد و به منظور احیاء بیشتر فلز و اکسیژن زدائی به ازای هر تن فولاد 5/1 کیلو گرم آلومینیم در کف پاتیل اضافه شود و پس از آن کوره تخلیه شود. تخلیه مذاب باید در حداقل زمان ممکن و حداکثر 3 دقیقه انجام گردد و سعی شود در تمام مرحله تخلیه سرباره روی فلز را پوشانده باشد.
دیدگاه خود را ثبت کنید
میخواهید به بحث بپیوندید؟مشارکت رایگان.