همدان، تویسرکان، شهرک صنعتی تویسرکان، خیابان ابتکار، خیابان پنجم، شرکت متالورژی پودر الوند
Sat Sep 09 2023
متالورژی ثانویه در پاتیل فولاد سازی شامل چه مراحلی است؟
شاید برایتان سوال باشد که پاتیل فولاد سازی چیست؟ باید بگوییم که در متالورژی بعد از اینکه فلز گداخته از کوره خارج می‌شود، داخل ظرفی که پوششی نسوز دارد، وارد شده و از این ظرف به داخل قالب‌ها ریخته خواهد شد. این ظرف نسوز به پاتیل فولادسازی معروف است که در ریخته‌گری نیز کاربرد دارد. در این مقاله قصد داریم با این موضوع که متالورژی ثانویه در پاتیل فولادسازی شامل چه مراحلی است، آشنا شویم.
پیشینه تاریخی پاتیل فولاد سازی
عملیات پاتیل فولادسازی قدمتی در حدود ٤۵ سال دارد و فرایند جدیدی به‌حساب نمی‌آید. این عملیات در زمان انجام اولین فرآیند‌های گاززدایی خلاء برای حذف هیدروژن از طریق قالب پاتیل به پاتیل و پاتیل به شمش شکوفا شد. گاززدا‌های خلا در اواخر دهه ١٩۵٠، جزئی از فرآیند‌های رایج به شمار می‌رفتند و در اواسط دهه ١٩٦٠، عملیاتی به‌منظور تصفیه فولادهای با کروم بالا مانند گاززدایی و کربن‌زدایی با قوس خلاء و اکسیژن خلاء با موفقیت اجرا شد. به‌مرور زمان با پیشرفت در علم متالورژی و با کمک گرفتن از آن پیشرفت‌های چشمگیری در صنعت پاتیل فولاد سازی رخ داد که امروزه نیز شاهد خیلی از آنها بوده‌ایم.
متالورژی چیست؟
شناخت کامل فلزات، هنر کار روی آنها و شناخت روش استخراج آنها متالورژی نام دارد. متالورژی تمامی رفتار فیزیکی و شیمیایی و ترکیب‌های شیمیایی عناصر فلزی را در بر می‌گیرد و حوزه‌ای از علم مهندسی مواد است که در فرایند پاتیل فولادسازی، دو بخش متالورژی اولیه و ثانویه دو فرایند مهم و اصلی به شمار می‌روند. ولی هر‌کدام از این ابزار مورد استفاده در پاتیل فولاد سازی دارای ویژگی‌ها و تفاوت‌هایی هستند که در ادامه با آنها آشنا خواهیم شد.
متالورژی اولیه چیست؟
در مراحل تولید فولاد از متالورژی اولیه یا فولادسازی اولیه به‌عنوان ابزاری برای دمیدن اکسیژن درون آهن مذاب استفاده می‌شود. متالورژی اولیه با دمش اکسیژن میزان کربن موجود در آهن و آلیاژ را کاهش داده و سبب می‌شود، آهن به فولاد تبدیل شود. کاهش کربن با کمک واکنش شیمیایی به نام اکسیداسیون انجام می‌گیرد و میزان کربن تا ⅕ درصد کاهش می‌یابد. به این شکل در پروسه تولید فولاد، میزان کربن در آلیاژ را کاهش داده و در ادامه آهن را به فولاد تبدیل می‌کنند. به‌طور‌کلی با زبان ساده می‌توان گفت که در متالورژی اولیه با کاهش میزان کربن، آهن و سایر آلیاژ‌ها به فولاد تبدیل می‌شود.
متالورژی ثانویه چیست؟
بعد از شکل‌گیری فولاد مذاب، عوامل مهمی مثل نا‌خالصی و ضایعات، مقدار مطلوب عناصر آلیاژی، درجه حرارت و یکنواختی در فولاد حائز اهمیت است. تامین این عوامل توسط متالورژی ثانویه انجام می‌گیرد؛ زیرا تنها چیزی که برای مشتریان اهمیت دارد، کیفیت فولاد است، به همین دلیل شرکت‌های تولید پاتیل فولادسازی برای بهبود کیفیت به طور مستمر تلاش می‌کنند. فولاد مذاب بعد از استخراج از کوره درون ظروف پاتیل ریخته می‌شود و مورد تصفیه و فرآوری قرار می‌گیرد. بعد از متالورژی اولیه در فرایند پاتیل فولادسازی، به‌منظور دستیابی به کیفیت مورد نیاز فولاد، عمل تصفیه و فرایند نهایی توسط متالورژی ثانویه انجام می‌شود که عملیات گوناگونی که به وسیله متالورژی ثانویه انجام می‌گیرد. در قسمت‌های زیر با بخشی از این مراحل آشنا خواهیم شد. متالورژی ثانویه مبحثی مهم و اصلی در تکنولوژی پاتیل فولادسازی مدرن به شمار می‌رود وپیشرفت‌های قابل توجهی در چهل سال گذشته داشته است.
فولاد سازی به چند بخش تقسیم می شود؟
براساس دو ابزار مهم و کاربردی متالورژی اولیه و ثانویه در عملیات پاتیل فولاد سازی، امروزه سه بخش از فولادسازی در دسترس است و با افزایش الزاماتی که برای کیفیت فولاد وجود دارد، نقش متالورژی ثانویه در فولادسازی اهمیت بیشتری پیدا کرده است. این سه بخش عبارتند از:
- فولادسازی اولیه
- فولادسازی ثانویه
- ریخته گری
متالورژی ثانویه پاتیل فولادسازی چیست؟
زمانی که فولاد مذاب برای کاربردهای باکیفیت و تخصصی از کوره فولادسازی استخراج می‌شود، این امر به‌عنوان فرایند متالورژی پاتیل فولاد سازی شناخته می‌شود. فولاد مذاب خارج شده از کوره باید تحت پالایش بیشتری قرار بگیرد و تحت کنترل دقیق باشد. کنترل دقیق متالورژی پاتیل به همراه تولید فولاد درجه بالا است که در آن استحکام و مقاومت در ترکیب شیمیایی محدود است. بهبود مداوم کیفیت فولاد با عملیات در حوزه پاتیل ها حاصل شده است. تأثیر مهم این عملیات در پاتیل فولادسازی که متالورژی ثانویه نام دارد از سال ۱۹۸۰ به بعد آشکار شد.
متالورژی ثانویه در پاتیل فولاد سازی چه اهدافی دارد؟
بسته به نوع فولاد مورد نیاز، در صنایع مختلف یک یا چند مورد از فرآیند‌های متالورژی که در زیر ذکر شده در پاتیل فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- همگن‌سازی، اکسید‌زدایی: همگن‌سازی ترکیب شیمیایی و دمای فولاد مایع در پاتیل و حذف اکسیژن در آن
- گوگرد‌زایی، کربن‌زدایی، پاکیزگی میکرو: کاهش غلظت گوگرد، حذف کربن برای برآوردن نیاز درجات خاصی از فولاد، حذف عناصر غیر فلزی نامطلوب
- گاززدایی خلا، تنظیم سوپرهیت: حذف نیتروژن و هیدروژن، همچنین حرارت دادن فولاد مذاب بعد از خروج از پاتیل تا دمای مناسب برای عملیات ریخته‌گری دائم
- خواص مکانیکی، مورفولوژی سطحی، فروآلیاژ و افزودن کربن: شکل‌پذیری و خواص مکانیکی، از بین بردن نا‌خالصی‌های باقی مانده برای بهبود ریزساختار فولاد، ایجاد تنظیمات ترکیب شیمیایی فولاد مذاب در پاتیل
متالورژی ثانویه در پاتیل فولاد سازی شامل چه مراحلی است؟
مراحل متالورژی ثانویه در پاتیل فولادسازی، به نوع فولادی که مورد نیاز است، بستگی دارد و بر طبق فولادهای تولید شده، این مراحل انجام می‌گیرند و عبارتند از :
- گازشویی
- کوره پاتیلی
- تزریق پاتیل
- پالایش پاتیل
- فرایندهای گاززدایی
- فرآیند AOD، و تنظیم ترکیب با آب‌بندی فرآیند حباب آرگون با دمیدن اکسیژن
آشنایی با مرحله اول متالورژی ثانویه در پاتیل فولادسازی یعنی گازشویی
یکی از مراحل متالورژی ثانویه در پاتیل فولاد سازی، عملیات گازشویی است. این عملیات به‌منظور دستیابی به دمای حمام و ترکیب همگن در پاتیل فولادسازی توسط حباب گاز آرگون صورت می‌گیرد، توپی در قسمت زیرین پاتیل نصب می‌شود که جنسی نسوز و متخلخل دارد و کارش این است که به حباب گاز آرگون سرعتی معادل ٠. ٦ نیوتن متر در دقیقه وارد می‌کند. نام دیگر این توپ متخلخل پورجینگ پلاگ و یا پورس پلاگ است و امروزه بیشتر پاتیل‌ها مجهز به پورس پلاگ‌های زیرین برای حباب گاز آرگون هستند. زمانی که پورس پلاگ به هر دلیلی کار نمی‌کند، برای عملیات گازشویی از مکانیزم لنس دمش اکسیژن به‌عنوان پشتیبانی استفاده می‌شود.
آشنایی با مرحله دوم متالورژی ثانویه یعنی کوره پاتیل
بعد از انجام فرایند اولیه ساخت فولاد، نیاز به پالایش است که این کار توسط کوره پاتیل صورت می‌گیرد. از وظایف اصلی کوره پاتیلی به شرح زیر است :
- به وسیله الکترود‌های گرافیکی و با کمک نیرو‌های الکتریکی، گرم کردن مجدد فولاد مذاب صورت می‌گیرد.
- با استفاده از فرایند گازشویی با گاز بی‌اثر، همگن‌سازی دما و ترکیب شیمیایی فولاد انجام می‌گیرد.
- لایه‌ای ایجاد می‌کند که ضایعات و اکسید‌های فلز را به دام می‌اندازد و وسیله‌ای را برای گوگردزدایی و فسفر‌زدایی فراهم می‌کند.
- جهت کنترل مواد شیمیایی حجیم یا نا‌خالصی‌ها فروآلیاژ‌هایی افزوده می‌شود.
آشنایی با مرحله سوم متالورژی ثانویه در پاتیل یعنی تزریق
فولاد مذاب در پاتیل را می‌توانیم با دو روش گرم کنیم یکی از این‌روش‌ها می‌تواند به وسیله اکسید کردن سیلیکون و یا آلومینیوم صورت بگیرد و روش دیگر یا با تزریق اکسیژن از طریق مکانیزم لنس انجام می‌شود. در برخی از کارخانه‌های فولادسازی از روش تزریق اکسیژن غوطه‌ور برای گرم کردن مجدد فولاد بهره می‌برند.
آشنایی با مرحله چهارم متالورژی ثانویه در پاتیل یعنی پالایش پاتیل
عملیاتی مانند افزودن کنترل شده آلیاژ‌ها، گوگردزدایی، فسفر‌زدایی، اکسید‌زدایی و اصلاح ضایعات و مواد آلاینده پالایش فولاد در پاتیل به‌حساب می‌آیند. اکسید‌زایی فولاد موجود در پاتیل توسط آلومینیوم، فرومنگنز، فروسیلیس و سیلیکو منگنز انجام می‌پذیرد. به این صورت که فولاد در ابتدا با فرومنگنز، فروسیلیس و سیلیکو منگنز اکسید‌زایی می‌شود و در‌نهایت اکسید‌زدایی نهایی توسط آلومینیوم صورت می‌پذیرد. چنین عملی دارای چندین مزیت از‌جمله به حداقل رساندن جذب نیتروژن، به حداقل رساندن بازگشت فسفر و به حداقل رساندن تلفات آلومینیوم در ساخت فولاد اولیه است.
آشنایی با مرحله پنجم متالورژی ثانویه در پاتیل یعنی فرایندهای گاز زدایی
مرحله پنجم متالورژی در پاتیل فولادساری، فرایند گاززدایی نامیده می‌شود که اثر گاززدایی از بالای حمام فولاد شروع می شود و به سمت پایین فولاد مذاب کاهش می‌یابد. به طوری که لایه‌های زیرین فولاد بسیار کمتر تحت تاثیر خلاء قرار می‌گیرند؛ زیرا این لایه‌ها به دلیل ستون فولاد مذاب، تحت تاثیر فشار فرواستاتیک هستند. از این‌رو برای اینکه کل محتوای فولاد مذاب در معرض خلاء قرار بگیرد، هم زدن حمام ضروری است.
نتیجه گیری
در این مقاله تا حدودی با عملیات متالورژی اولیه و ثانویه و همچنین اهمیت متالورژی ثانویه در پاتیل فولادسازی آشنا شدیم و دریافتیم که با گذر زمان و گسترش نیاز‌های جدید در صنعت فولادسازی و همچنین بالا رفتن توقع از کیفیت و خلوص بالای فولاد‌ها، نیاز به فرایندهای تکمیلی داریم که این فرایندهای تکمیلی توسط متالورژی ثانویه در پاتیل‌ها انجام می‌پذیرد.
مطالعه بیشتر:
نظرات
some message