تحقیق ذوب و تصفیه فولاد

در حقيقت، واكنش بين اكسيژن حل شده در فولاد وكربن مي باشد. دردماهاي مورد استفاده براي تصفيه فولاد (تقريباً F 2900 ) ، فولاد مستعد حل كردن اكسيژن قابل توجهي مي‌باشد مثل FeO .

اين FeO بوسيلة سرباره و يا به وسيلة يك واكنش بين سنگ معدن آهن افزوده شده و فولاد به وجود مي آيد، مثل :

شكل 12-16 يك جدول از سيكل اكسيداسيون در زيمنس مارتين را نشان ميدهد. در مراحل اوليه در طي اكسيداسيون بعد از پايان ذوب، كربن موجود نسبتاً بالا مي باشد. عمدتاً ميزان FeO در فلز كنترل ميشود. در حدود 1/0 درصد كربن و پايين، ميزان FeO فلز عمدتاً بوسيلة خصوصيات اكسنده سرباره كنترل ميشود. بنابراين تنظيم كردن سرباره مهم است مخصوصاً درمورد تركيب، حالت صحيح و واقعي زماني به دست مي آيد كه درصد كربن خواسته شده كم باشد.

در اين قسمت، بوسيلة استفاده از منگنز ميتوان خصوصيات اكسنده سرباره را كنترل كرد. تقريباً در طول جوشش كربن،‌تغييري در عيار منگنز فلز، بوجود نمي آيد براي اينكه، منگنز حل شده در فلز بوسيله كربن حفاظت مي شود اگر منگنز، در دورة آخر اكسيداسيون و همراه حرارت، اضافه شود،‌قسمتي از منگنز در فلز باقيمانده و قسمتي ديگر اكسيد شده و در سرباره حل مي شود.

اين در پايين آوردن قدرت اكسيداسيون سرباره مؤثر است زيرا FeO موجود در سرباره نسبتاً پايين مي باشد. منگنز از آلياژ اشپيگل( Mn 30-15% و C 5% ) مكرراً افزوده مي شود يك چدن خام شامل حدوداً 30% -15 منگنز مي باشد.

فسفر از طريق ايجاد يك حالت اكسندگي و يك سربارة بازي حذف ميشود اگر درصد منگنز موجود در فولاد خيلي زياد باشد و خصوصيات اكسندگي سرباره كاهش يابد در اين صورت حذف فسفر خيلي مؤثر نخواهد بود.

در شارژ براي كنترل كردن خصوصيات سرباره از منگنز استفاده مي شود و همچنين براي افزايش سياليت سرباره ميتوان از فلوئور اسپار (CaF₂) استفاده كرد. افزودن اين ماده معدني براي كاهش سرباره نيز امري لازم مي باشد و همچنين ميتوان علاوه بر آن و اگر اپراتور لازم بداند در انتهاي دورة پالايش از آهك نيز استفاده كرد.

كنترل سرباره ضروري است براي كنترل ميزان اكسيژن در فلز و درجة فسفرزدايي سعي ميشود آزمايشات زيادي روي سرباره انجام گيرد تا آن حد كه باعث انعكاس مشخصات و ويژگيهاي حالت سرباره شود

آزمايشات شامل : تستهاي آناليز شيميايي، تستهاي گرانروي ،‌تستهاي رنگ سرباره و مشاهده كردن رنگ سرباره مي باشد. منظور از اين آزمايشات احتمالاً استاندارد كردن عمليات و همچنين توليد كردن فولاد با كيفيت عالي د هر دما مي باشد. آناليز سرباره قبل از اتمام جوشش، معمولاً در رنج و مجموعه تركيب زير مي باشد.

%15-7 Mno ,                       %50-40 Cao,          %16-12   FeO,       18-13   Sio₂,

اكسيژن زدايي و بارگيري

وقتي دما به حد مورد نظر و آماده براي بارگيري (تخليه مذاب) رسيد عامل اكسيژن زدا اضافه ميشود. اين عمل اضافه كردن عامل اكسيژن زدا بايد در درجه حرارت كمتر اضافه شود براي اينكه بتوان از واكنشهاي ديگر ما بين اكسيژن و كربن جلوگيري كرد واكنش اكسيژن با جمعي از آنها داراي محصول واكنشي غيرگازي مي باشد.

اكسيژن زداها شامل :‌آلياژ اشپيگل،‌فروسيلسيم،‌فرومنگنز و سيليكو منگنز مي باشند. آناليز مخصوص از اين فروآلياژها در جدول 1-16 نشان داده شده است حدوداً 10 دقيقه بعد از اضافه كردن اكسيژن زداها دماي تخليه مذاب فرا مي رسد. اين درجه حرارتها نزديك F3000-2900 مي باشند.

علاوه بر اكسيژن زدايي در داخل پاتين با استفاده از فروسيلسيم و فرومنگنز، اگر كنترل ريزدانگي هم مورد نظر باشد ميتوان با خروج گاز توسط Al به خواستة خود رسيد. اگر افزايش كربن مورد نياز باشد ميتوان زغال سنگ يا كك نفت در پاتيل اضافه كرد.

ذوب الكتريكي بازي :

ساخت كوره :

كوره هاي الكتريكي بازي خيلي كوچكتر از كوره هاي زيمنس مارتين مي باشند و ظرفيت آنها از           الي  تن (ton 5/7 –5/0 ) متغير مي باشد. يك نماي كلي از سطح مقطع يك كورة الكتريكي در شكل 5-16 نشان داده شده است. و يك عكس از يك كورة‌ آماده براي شارژ شدن در شكل 6-16 نشان داده شده است. كورة قوس الكتريكي به طريق اصابت كردن قوس ما بين شارژ يا حمام و الكترودهاي سه گانه بزرگ كه از كربن يا گرافيت ساخته ميشوند و بوسيلة يك مدار سه فاز كار مي كنند ارتفاع الكترودها و حمام كنترل الكتريكي مي شوند.

ولتاژها نسبتاً پايين بوده و جريان متداول مي باشد همچنين براي تغيير دادن به ميله جريان بزرگ و سيم رابط ضخيم نياز مي باشد.

شارژ معمولاً از طريق درب كوره وارد كوره مي شود. سقف كوره از آجر سيليس بوده در حاليكه ديواره هاي كناري به وسيله آجر منيزيت يا آجر كرم – منيزيت ساخته و پوشانده ميشوند. كف كوره در محل خود كوبيده مي شود.

ذوب و تصفيه :

انتخاب اصول عمومي كنترل عمليات تصفيه دركوره زيمنس مارتين بازي همچنين كوره الكتريكي بازي مطمئناً اصلاح در عمليات مي باشند كه در كوره الكتريكي بازي خم شوندگي مهم مي باشد.

بر خلاف شارژ زيمنس مارتين، براي شارژ كورة الكتريكي نمي توان از چدن خام استفاده كرد زيرا در زيمنس مارتين در طي ذوب كربن از دست رفته زياد نيست. چون اتمسفر كوره اكسيدي نيست، بنابراين در انتخاب شارژ بايد عوامل اكسيد كننده بيشترين كنترل را شوند. معمولاً تا وقتي كه يك لايه از فلز تشكيل نشود آهك اضافه نمي شود و زمان اضافه كردن آن هم بايد در زمان كمتري انجام گيرد در بارريزي زير گرما بايد در هر يك از روشهاي ذيل كنترل شود :

1- سنگ معدن آهن اضافه ميشود و تصفيه به وسيله اكسيداسيون كامل همانند روشي كه براي زيمنس مارتين شرح داده شده انجام مي گيرد.

2- سنگ معدن آهن حذف مي شود و يا خيلي كم استفاده مي شود و كاهش كربن در طي تصفيه كمتر مي باشد.

3- ذوب كردن بدون اكسيداسيون :‌اين روش كاربرد زيادي در فولادهاي ضد زنگ و با آلياژ زياد دارد. اگر در اسكرپ درصد منگنز و كروم بالا باشد استفاده ميشود. قطعات اسكرپ انتخاب شده از زنگ زدن به دور بوده و احتمالاً درجه بندي مي شوند. حالت اكسندگي در طي تصفيه نيست، اما تقريباً مقدار كمي از منگنز، كروم و فسفر را درطي اكسايش در هنگام ذوب ، كاهش مي دهد.

در حرارتهاي توليد شده بوسيله روشهاي 1 و 2 سرباره به اندازه كافي بازي است و حالت اكسندگي و اكسيدشدن بوسيله فسفر،‌كه حدود 02/0 درصد يا پايينتر مي باشد حذف مي شود. هنگامي كه حمام و سرباره داراي دما و تركيب مناسب هستند ميتوان با تنظيم صحيح اقدام به سرباره گيري كرد.

اين عمل در زيمنس مارتين بازي اتفاق نمي افتد چون انجام اعمال مكانيكي خيلي مشكلتر مي باشد. يك دفعه اين سرباره حذف مي شود و براي تصفيه سرباره ساخته شده ، آهك و فلوئور اسپار افزوده مي شود منظور از اين ، به اصطلاح پالايش سرباره حذف سولفور مي باشد. كه فقط مي توان بوسيله كاهش دادن حالت بازي انجام داد.ضرورت كاهش دادن عامل بازي در اين وضعيت فقط با افزودن كربن بر روي سرباره امكانپذير مي باشد. در اين مورد واكنش زير در نظر گرفته ميشوند:

+ CO+Fe ( در سرباره) Cas  (در فولاد) CaO+Fes + (در فولاد) C

فرآيند تصفيه حدود 1 الي 5/1 ساعت مي باشد كه كامل شدن آن بوسيله نمونه گيري از سرباره و مشاهده آن نشان داده ميشود.

معمولاً فلز به صورت كف ريز از داخل پاتيل تخليه ميشود زمانيكه تركيب قبل از دورة تصفيه تنظيم شده باشد نبايد در هنگام تخليه مذاب چيزي افزوده شود.

اگر در وهلة اول مقدار فسفر يا اكسندگي به اندازة كافي پايين باشد سرباره مي تواند بدون تغيير بماند و كاهش سرباره بلافاصله در پايان ذوب شروع به كاهش شدن مي شود. بقية فرآيند همانند فرايند تصفيه توضيح داده شده در پاراگراف قبلي مي باشد. در بعضي وضعيتها ،‌همچون توليد فولاد ضد زنگ به كربن موجود كمتري نياز است. بنابراين در تصفيه سرباره از كربن بيشتر خودداري شده و به جاي آن از Al استفاده ميشود.

يك امتياز از روش دوبار سرباره گيري در كوره الكتريكي بازي زماني است كه نمي‌دانيم فولاد از چه آلياژهايي ساخته شده است،‌مي باشد. اين امر، زمانيكه افزودنيها از عناصر منگنز و كرم كه به آساني اكسيد ميشوند،‌اگر ساخته شوند، مهم است. آلياژهايي همچون نيكل و موليبدن را ميتوانيم همراه قطعات اسكرپ شارژ كنيم به شرط اينكه در طي ذوب اكسيد ايجاد نكنند.

همچنين در مورد زيمنس مارتين،‌اكسيژن زداها بايد 15-5 دقيقه قبل از تخليه مذاب و بارريزي اضافه شوند. اين اكسيژن زداها شامل فروسيلسيم،‌فرومنگنز، سيلسيم منگنز، فروتيتانيوم و در مواقعي آلومينيم مي باشد.

ذوب كردن در زيمينس مارتين اسيدي :

ساخت كوره : در كورة زيمنس مارتين اسيدي همانند كوره زيمنس مارتين بازي از نسوزهاي متفاوتي استفاده ميشود. با وجوداين در پروسة تصفيه هم ، يك مرحلة اكسيداسيون وجود دارد. اما سولفور و فسفر موجود نمي توانند حذف شوند و مقداري اكسيد آهن جذب سرباره مي شود، با همة اينها اين درصد در سربارة بازي خيلي فعال نمي باشد. اين صفات كيفي يك تركيب از FeO با SiO₂ سرباره مي باشد.

اين ويژگي دليل اساسي بر اين است كه چرا محصول فولاد با كيفيت بالا ميتواند با يك

كنترل min بدست مي آيد.