مقاله ذوب و تصفيه فولاد

توضیحات پروژه

  مقاله ذوب و تصفيه فولاد دارای 40 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

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

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه و مقالات آماده و تنظیم شده است

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي مقاله ذوب و تصفيه فولاد،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد

بخشی از متن مقاله ذوب و تصفيه فولاد :

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

شكل 12-16 یك جدول از سیكل اكسیداسیون در زیمنس مارتین را نشان میدهد. در مراحل اولیه در طی اكسیداسیون بعد از پایان ذوب، كربن موجود نسبتاً بالا می باشد. عمدتاً میزان FeO در فلز كنترل میشود. در حدود 1/0 درصد كربن و پایین، میزان FeO فلز عمدتاً بوسیله خصوصیات اكسنده سرباره كنترل میشود. بنابراین تنظیم كردن سرباره مهم است مخصوصاً درمورد تركیب، حالت صحیح و واقعی زمانی به دست می آید كه درصد كربن خواسته شده كم باشد.
در این قسمت، بوسیله استفاده از منگنز میتوان خصوصیات اكسنده سرباره را كنترل كرد. تقریباً در طول جوشش كربن،‌تغییری در عیار منگنز فلز، بوجود نمی آید برای اینكه، منگنز حل شده در فلز بوسیله كربن حفاظت می شود اگر منگنز، در دوره آخر اكسیداسیون و همراه حرارت، اضافه شود،‌قسمتی از منگنز در فلز باقیمانده و قسمتی دیگر اكسید شده و در سرباره حل می شود.

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

در شارژ برای كنترل كردن خصوصیات سرباره از منگنز استفاده می شود و همچنین برای افزایش سیالیت سرباره میتوان از فلوئور اسپار (CaF2) استفاده كرد. افزودن این ماده معدنی برای كاهش سرباره نیز امری لازم می باشد و همچنین میتوان علاوه بر آن و اگر اپراتور لازم بداند در انتهای دوره پالایش از آهك نیز استفاده كرد.

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

%15-7 Mno , %50-40 Cao, %16-12 FeO, 18-13 Sio2,
اكسیژن زدایی و بارگیری
وقتی دما به حد مورد نظر و آماده برای بارگیری (تخلیه مذاب) رسید عامل اكسیژن زدا اضافه میشود. این عمل اضافه كردن عامل اكسیژن زدا باید در درجه حرارت كمتر اضافه شود برای اینكه بتوان از واكنشهای دیگر ما بین اكسیژن و كربن جلوگیری كرد واكنش اكسیژن با جمعی از آنها دارای محصول واكنشی غیرگازی می باشد.

اكسیژن زداها شامل :‌آلیاژ اشپیگل،‌فروسیلسیم،‌فرومنگنز و سیلیكو منگنز می باشند. آنالیز مخصوص از این فروآلیاژها در جدول 1-16 نشان داده شده است حدوداً 10 دقیقه بعد از اضافه كردن اكسیژن زداها دمای تخلیه مذاب فرا می رسد. این درجه حرارتها نزدیك F3000-2900 می باشند.
علاوه بر اكسیژن زدایی در داخل پاتین با استفاده از فروسیلسیم و فرومنگنز، اگر كنترل ریزدانگی هم مورد نظر باشد میتوان با خروج گاز توسط Al به خواسته خود رسید. اگر افزایش كربن مورد نیاز باشد میتوان زغال سنگ یا كك نفت در پاتیل اضافه كرد.

ذوب الكتریكی بازی :
ساخت كوره :
كوره های الكتریكی بازی خیلی كوچكتر از كوره های زیمنس مارتین می باشند و ظرفیت آنها از الی تن (ton 5/7 –5/0 ) متغیر می باشد. یك نمای كلی از سطح مقطع یك كوره الكتریكی در شكل 5-16 نشان داده شده است. و یك عكس از یك كوره‌ آماده برای شارژ شدن در شكل 6-16 نشان داده شده است. كوره قوس الكتریكی به طریق اصابت كردن قوس ما بین شارژ یا حمام و الكترودهای سه گانه بزرگ كه از كربن یا گرافیت ساخته میشوند و بوسیله یك مدار سه فاز كار می كنند ارتفاع الكترودها و حمام كنترل الكتریكی 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 كوره وارد كوره می شود. سقف كوره از آجر سیلیس بوده در حالیكه دیواره های كناری به وسیله آجر منیزیت یا آجر كرم – منیزیت ساخته و پوشانده میشوند. كف كوره در محل خود كوبیده می شود.

ذوب و تصفیه :
انتخاب اصول عمومی كنترل عملیات تصفیه دركوره زیمنس مارتین بازی همچنین كوره الكتریكی بازی مطمئناً اصلاح در عملیات می باشند كه در كوره الكتریكی بازی خم شوندگی مهم می باشد.
بر خلاف شارژ زیمنس مارتین، برای شارژ كوره الكتریكی نمی توان از چدن خام استفاده كرد زیرا در زیمنس مارتین در طی ذوب كربن از دست رفته زیاد نیست. چون اتمسفر كوره اكسیدی نیست، بنابراین در انتخاب شارژ باید عوامل اكسید كننده بیشترین كنترل را شوند. معمولاً تا وقتی كه یك لایه از فلز تشكیل نشود آهك اضافه نمی شود و زمان اضافه كردن آن هم باید در زمان كمتری انجام گیرد در بارریزی زیر گرما باید در هر یك از روشهای ذیل كنترل شود :

1- سنگ معدن آهن اضافه میشود و تصفیه به وسیله اكسیداسیون كامل همانند روشی كه برای زیمنس مارتین شرح داده شده انجام می گیرد.
2- سنگ معدن آهن حذف می شود و یا خیلی كم استفاده می شود و كاهش كربن در طی تصفیه كمتر می باشد.
3- ذوب كردن بدون اكسیداسیون :‌این روش كاربرد زیادی در فولادهای ضد زنگ و با آلیاژ زیاد دارد. اگر در اسكرپ درصد منگنز و كروم بالا باشد استفاده میشود. قطعات اسكرپ انتخاب شده از زنگ زدن به دور بوده و احتمالاً درجه بندی می شوند. حالت اكسندگی در طی تصفیه نیست، اما تقریباً مقدار كمی از منگنز، كروم و فسفر را درطی اكسایش در هنگام ذوب ، كاهش می دهد.

در حرارتهای تولید شده بوسیله روشهای 1 و 2 سرباره به اندازه كافی بازی است و حالت اكسندگی و اكسیدشدن بوسیله فسفر،‌كه حدود 02/0 درصد یا پایینتر می باشد حذف می شود. هنگامی كه حمام و سرباره دارای دما و تركیب مناسب هستند میتوان با تنظیم صحیح اقدام به سرباره گیری كرد.

این عمل در زیمنس مارتین بازی اتفاق نمی افتد چون انجام اعمال مكانیكی خیلی مشكلتر می باشد. یك دفعه این سرباره حذف می شود و برای تصفیه سرباره ساخته شده ، آهك و فلوئور اسپار افزوده می شود منظور از این ، به اصطلاح پالایش سرباره حذف سولفور می باشد. كه فقط می توان بوسیله كاهش دادن حالت بازی انجام داد.ضرورت كاهش دادن عامل بازی در این وضعیت فقط با افزودن كربن بر روی سرباره امكانپذیر می باشد. در این مورد واكنش زیر در نظر گرفته میشوند:

+ CO+Fe ( در سرباره) Cas (در فولاد) CaO+Fes + (در فولاد) C
فرآیند تصفیه حدود 1 الی 5/1 ساعت می باشد كه كامل شدن آن بوسیله نمونه گیری از سرباره و مشاهده آن نشان داده میشود.
معمولاً فلز به صورت كف ریز از داخل پاتیل تخلیه میشود زمانیكه تركیب قبل از دوره تصفیه تنظیم شده باشد نباید در هنگام تخلیه مذاب چیزی افزوده شود.
اگر در وهله اول مقدار فسفر یا اكسندگی به اندازه كافی پایین باشد سرباره می تواند بدون تغییر بماند و كاهش سرباره بلافاصله در پایان ذوب شروع به كاهش 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 كربن موجود كمتری نیاز است. بنابراین در تصفیه سرباره از كربن بیشتر خودداری شده و به جای آن از Al استفاده میشود.

یك امتیاز از روش دوبار سرباره گیری در كوره الكتریكی بازی زمانی است كه نمی‌دانیم فولاد از چه آلیاژهایی ساخته شده است،‌می باشد. این امر، زمانیكه افزودنیها از عناصر منگنز و كرم كه به آسانی اكسید میشوند،‌اگر ساخته شوند، مهم است. آلیاژهایی همچون نیكل و مولیبدن را میتوانیم همراه قطعات اسكرپ شارژ كنیم به شرط اینكه در طی ذوب اكسید ایجاد نكنند.

همچنین در مورد زیمنس مارتین،‌اكسیژن زداها باید 15-5 دقیقه قبل از تخلیه مذاب و بارریزی اضافه شوند. این اكسیژن زداها شامل فروسیلسیم،‌فرومنگنز، سیلسیم منگنز، فروتیتانیوم و در مواقعی آلومینیم می باشد.

ذوب كردن در زیمینس مارتین اسیدی :
ساخت كوره : در كوره زیمنس مارتین اسیدی همانند كوره زیمنس مارتین بازی از نسوزهای متفاوتی استفاده میشود. با وجوداین در پروسه تصفیه هم ، یك مرحله اكسیداسیون وجود دارد. اما سولفور و فسفر موجود نمی توانند حذف شوند و مقداری اكسید آهن جذب سرباره می شود، با همه اینها این درصد در سرباره بازی خیلی فعال نمی باشد. این صفات كیفی یك تركیب از FeO با SiO2 سرباره می باشد.
این ویژگی دلیل اساسی بر این است كه چرا محصول فولاد با كیفیت بالا میتواند با یك

كنترل min بدست می آید.
كف كوره زیمنس مارتین اسیدی همانند روش زیمنس مارتین بازی ساخته میشود،‌به استثنای ماسه كه به جای آن منیزیم پخته شده در روی آجر نسوز ریخته میشود ماسه در دمای حدود F2900 ذوب می شود. برخی سازنده های كوره، مقداری سرباره، خاك رس آتشی یا فروسیلسیم را با ماسه مخلوط می كنند كه یك اتصال و چسبندگی یكپارچه و عالی،‌برای استفاده در بعضی وضعیتها بدست می آید. عمر و دوام كوره در میان چیزهای دیگر، بیشتر به نوع فولاد تولید شده بستگی دارد. از آنجاییكه فولادهای كم كربن،‌برای ذوب و تصفیه به دمای زیادتری نیاز دارند بنابراین باعث تخریب سریع كف كوره میشوند.

شارژ كوره :
در كوره های زیمنس مارتین بازی از سوختهای گازی یا نفتی استفاده میشود. شارژ كوره زیمنس مارتین اسیدی شامل چدن خام، قطعات خواب (scrap) كارگاه ریخته گری و خریدن قطعات scrap كه دارای حدود 20-15 درصد چدن خام می باشد، است. درصد چدن خام به وسیله داشتن نیاز كافی به كربن تعیین میشود، زمانیكه سنگ معدن آهن اضافه میشود، در حرارت هنگام ذوب ریزی یك جوشش سخت اتفاق می افتد. معمولاً مجموع مقدار كربن در حدود 7/0-5/0 درصد بیشتر از مقدار پایانی آن در نظر گرفته میشود.

باید Scrap ،‌دارای سولفور پایین و محتوی فسفر ترجیحاً پایین تر از 04/0 درصد باشد چون این عناصر را نمی توان در پروسه اسیدی حذف كرد. سیلسیم موجود در شارژ بین 6/0 و 1 درصد می باشد بالاتر از این در شارژ زیمنس مارتین بازی استفاده می شود. میزان منگنز شاید مابین محدود وسیع حدود 4/0 الی 75/1 تغییر كند و حدود میانگین ما بین 75/0 و 1 درصد افزوده می شود.

ذوب كردن و تصفیه :
كربن، سیلسیم، و منگنز، نسبتاً در طول اتمام ذوب اكسیده می شوند. میزان كربن در اتمام ذوب باید حدود 2/0 الی 3/0 درصد بیشتر از كربن نهایی باشد. سیلسیم نهایی نباید بیش از 2/0 درصد باشد اگر مقدار سیلسیم بالای این عدد باشد مطمئناً به دلیل یك جوشش شدید،‌اكسیداسیون سنگ معدن یا بالانس اكسیژن با سرعت بالا ممكن نخواهد بود. و اگر خیلی پایین باشد ممكن است در طی جوشش مقدار كربن به شدت كاهش می یابد. عواملی كه مقدار سیلسیم و منگنز موجود در ذوب نهایی را تعیین می كنند عبارتند از:
1- مقدار شارژ
2- سرعت كار كردن كوره (اكسیداسیون در طی عملیات ذوب)
3- فشردگی شارژ
4- میزان عناصر موجود دیگر (منگنز یا سیلسیم)

منگنز موجود در شارژ به وسیله كار كردن در دامنه مطمئن دما كنترل میشود. بدین ترتیب منگنز موجود در شارژ (25/1 الی 75/1 درصد) می باشد و بالاتر از این باعث تشكیل 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 كمتر اكسید میشود بنابراین كاهش كربن كنترل میشود.
با افزایش آهك در سرباره میتوان حرارت و دما را كنترل كرد. افزودن آهك باعث حذف كربن خواهد شد چون این عمل در سرباره جای خود را با FeO عوض می كند و در آن موقع این FeO به صورت آزاد كربن را اكسید می كند.

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

معمولاً چنین واكنشی در كنستانتره نامرغوب رخ می دهد، اما این پروسه ذوب در اروپا و در كشورهای اروپایی مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش سیالیت پایین آمده و فرصت خوبی برای برداشتن گاز می باشد.
همچنین در كوره های با آستربازی میتوان سرباره را با استفاده از روشهایی همچون میزان ویسكوزیته ، ‌تست های بهم چسبیدن سرباره و یا مقادیر وزن مخصوص كنترل كرد. یك رابطه نزدیك بین ویسكوزیته سرباره و اسید موجود در سرباره وجود دارد Sio2 به اضافه AL2O3 كه به وسیله شكل 7-16 نشان داده شده است. اینجا یك ویسكوزیته بالا و در واقع اهمیت سیالیت بالا نشان داده شده است. زمانیكه نمونه دارای طول زیاد باشد، سرباره خیلی سیال می باشد، یك طرح از شكل قالب تست ویسكوزیته در شكل 8-16 نشان داده شده است. همچنین یك رابطه بین ویسكوزیته FeO موجود سرباره میتواند نمایش داده شود. با افزایش میزان FeO موجود ویسكوزیته كاهش می یابد.

ذوب كردن الكتریكی – اسیدی :
ذوب دركوره الكتریكی اسیدی مشابه ذوب در زیمنس مارتین اسیدی می باشد،‌به جزء آن میتوان از سطح عمق و پهنای زیادی نیز استفاده كرد به دلیل اینكه خصوصیات اكسندگی در كوره اتمسفری در مقایسه با زیمنس مارتین كمتر می باشد. ساخت كوره همانند ساخت كوره الكتریكی بازی می باشد. و به وسیله شكل 5-16 نشان داده شده است. ظرفیت متوسط كوره 3 تن می باشد. اما معمولاً بیشتر از ظرفیتشان شارژ می شوند. یك نوع عالی از كوره های الكتریكی اسیدی در كشور وجود دارد كه از انواع دیگر كوره های ذوب فولاد بیشتر برای ریخته گری فولاد كاربرد دارد.

شارژ كوره معمولاً قطعات اسكرپ كارگاهها و خرید اسكرپ می باشد.
اخیراً از انتخاب شارژ با فسفر و گوگرد زیاد اجتناب می شود.

ذوب و تصفیه :
بیشتر كارخانه ها برای حاصل اطمینان از تولید فولاد با كیفیت عالی، یك جوشش شدید را ادامه می دهند. این جوشش باعث ایجاد یك اكسید آهن و در نتیجه زنگ زدن فولاد می‌شود. سنگ معدن آهن با پوسته نورد در حمام اضافه می شود. و یا از لانس اكسیژن استفاده میشود. (قسمتی از تزریق اكسیژن نشان داده شده است). اصول روش عملیات حرارت دادن شبیه زیمنس مارتین اسیدی می باشد. این روش ذوب كردن همان روش اكسیداسیون كامل می باشد.
زمانیكه از روش اكسیداسیون ناقص استفاده میشود فقط یك جوشش ملایم ایجاد میشود كه به وسیله واكنش كربن با مقداری از FeO حاصل از رنگ زدن و اكسید موجود روی شارژ القا می شود. این روش دارای مزیت،‌تولید سریع می باشد اما ممكن است گاهی اوقات داریا خواص مكانیكی نامرغوب باشد.
میتوان سرباره را به وسیله مشاهده رنگ سرباره یا بوسیله آزمایش ویسكوزیته (ویسكوزی متر) كنترل كرد رابطه بین ویسكوزیته اسید موجود همانند روش زیمنس مارتین اسیدی بدست می آید.

در بعضی مواقع و به هنگام كربن دهی مجدد،‌نخستین سرباره روی فولاد حذف میشود و یك سرباره جدید خنثی از آهك و ماسه ساخته میشود . ضرورت افزودن منگنز و سیلسیم میتواند شرایط غیرمعمولی را بهبود بخشد و همچنین می توان به كنترل بهتر از حرارت و دما دست یافت.
معمولاً در افزودنیها ، اكسیژن زداها در پایان حرارت دادن اضافه می شوند،‌AL را میتوان به مقدار دلخواه در پاتیل اضافه كرد مخصوصاً اگر فلز در قالبهای ماسه ای تر ریخته گری میشوند. علت و عوامل كاستی ها در ریخته گری مهم هستند مگر اینكه فلز به اندازه كافی اكسیژن زدایی شده باشد.
احتمالاً ، جذب سیلیسیم از سرباره یا دیواره های كوره باعث انجام واكنش الكتریكی – اسیدی دركوره زیمنس مارتین اسیدی می شود و به وسیله بالابردن مقدار منگنز شارژ كاهش داده میشود.

فرآیند كنورتر اسیدی :
بعضی كارخانه ها فولاد را در یك كنورتر با پوشش اسیدی تولید می كنند. معمولاً مذاب مورد نیاز بوسیله كوپلا تأمین میشود. كنورتر مورد استفاده در كارخانه فولادسازی نوع بسمر نمی باشد (كه هوا از ته دمیده شود)
بنابراین این یك كنورتر می باشد كه در شكل 9-16 نشان داده شده است فلز مذابی كه در كنورتر مورد استفاده قرار می گیرد دارای رنج آنالیز زیر می باشد:

75/2 الی 5/3 % كربن
3/1 الی 2% سیلیسیم
5/0 الی 06% منگنز
04/ فسفر max
04/0 گوگرد max

مذاب به دست آمده از كوپلا معمولاً دارای گوگرد بالا می باشد بنابراین باید عملی انجام دهیم كه باعث كاهش گوگرد شود. این عمل را میتوان با استفاده از نمك قلیایی (كربنات سدیم) یا سود سوزآور (هیدروكسید سدیم) درجلوی مجرای كوپلا انجام داد. این مواد سرباده های سیال تشكیل می دهند و به سرعت با گوگرد موجود در مذاب كوپلا واكنش نشان میدهند و مقدار آن را حدود 75% كاهش می‌دهند.

برای دریافت پروژه اینجا کلیک کنید