آخال آلومینایی-بررسی تأثیر افزودن کاربید و اکسید کلسیم به فات مذاب بر جدایش آخال

بررسی تأثیر افزودن کاربید و اکسید کلسیم به ف مذاب بر جدایش آخال آلومینایی از مجرای ورودی قالب. در ریخته گری پیوسته فولاد

آخال-امروزه بیش از 90 درصد از فولاد به روش ریخته گری پیوسته تولید می شوند. یکی از مشکلات اصلی در این روش مسدود شدن مجرای ورود مذاب به قالب. توسط آخال آلومینایی موجود در فولاد مذاب است. در این پژوهش اصلاح ترکیب شیمیایی آخال آلومینایی به فازهای ثانویه کلسیم آلومینایی مرود بررسی قرار گرفت. دو ترکیب کاربید و اکسید کلسیم در دو سری ذوبهای آزمایشی به ف مذاب افزوده گردید. و ترکیب شیمیایی فازهای ثانویه توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی همراه با آنالیز عنصری کمی و کیفی بررسی شد.

نتایج این پژوهش نشان داد که با افزایش اکسید کلسیم به سطح مذاب، فازهای کلسیم آلومینایی. در حین تصفیه ف مذاب تشکیل می گردند. علاوه بر آن مشخص گردید که افزایش کاربید کلسیم تأثیر چندانی بر تشکیل فازهای کلسیم آلومینایی نداشته. و میزان کافی از اکسید کلسیم سرباره به تنهایی برای جلوگیری از مشکل مسدود شدن. مجرای ورود مذاب به قالب کافی است.

مقدمه

در کارخانه های فولاد سازی مدرن، فولاد سازی با ذوب قراضه در کوره ی قوس الکتریکی آغاز می گردد. در این کوره مواد افزودنی نظیر سرباره ساز به مذاب اضافه میشود. مذاب فولاد حاوی اکسیژن متعاقباً از کوره قوس به درون پاتیل تخلیه شده و در برخی از موارد. توسط آلومینیوم اکسیژن زدایی می گردد. درست در همان زمان تخلیه در برخی کارخانه ها کاربید کلسیم با باور جلوگیری از انسداد مجاری. ورود مذاب در ریخته گری پیوسته به مذاب افزوده میشود.

مذاب اکسیژه زدایی شده متعاقباً در کوره ی پاتیلی که از این. پس کوره – پاتیل (Ladle Furance یا به صورت خلاصه LF) خوانده میشود تحت عملیات تکمیلی تصفیه قرار می گیرد.تا بدین ترتیب اکسیدهای شناور (که اصطلاحاً آخال اکسیدی یا به طور خلاصه آخال خوانده میشوند). تا جای ممکن از مذاب حذف شده، میزان گوگرد کاهش یافته و دما و ترکیب شیمیایی مذاب تنظیم گردد. مذاب فولاد نهایتاً جهت ریخته گری توسط یک پاتیل به درون تاندیش دستگاه ریخته گری پیوسته منتقل میشود. روند کلی تولید فولاد در جای دیگر آمده است.

در حین ریخته گری پیوسته فولاد کشته شده با آلومینیوم، ذرات ریز آخال الومینایی معلق. در مذاب با سطح مجرای ورودی مذاب به قالب تماس پیدا می نمایند. پس از این تماس، کشش سطحی بین مذاب و آخال باعث چسبیدن آخال به سطح مجرای ورود مذاب می گردد. تماس و اتصال مداوم ذرات آخال باعث میشود تا لایه ی آلومینای رسوب کرده. در این قسمت به تدریج ضخیم گردد. تا جایی که عبور فولاد مذاب از میان آن به آسانی انجام نشده و جریان مذاب نا منظم شود. زمانیکه لایه ی آلومینایی رسوب نمود، جریان مذاب فشرده شده و باعث می گردد. تا فولاد مذاب نتواند با سرعت تعیین شده از مجرا عبور نماید. رسوب در مجرا همچنین باعث میشود تا جریان سیال نامتقارن شده. و با فشار به درون حوضچه مذاب پائین خود وارد گردیده و در نتیجه از شناور شدن آخال جلوگیری نماید.

یکی از روشهای پیشنهادی برای جلوگیری از ایجاد (جدایش)رسوب آلومینایی افزودن کلسیم به مذاب و تبدیل آخال آلومینایی. به فازهای کلسیم آلومینا می باشد. یکی از انواع آخال کلسیم آلومینایی با ترکیب شیمیایی C7A12 در دمای فولادسازی به صورت مذاب می باشد. و میتواند از مجرای نازل به راحتی عبور کرده و از انسداد مجرا تا حد زیادی جلوگیری نماید. روش دیگر تزریق حبابهای ریز در درون مسیر جریان برای ایجاد جداری که مانع از تماس بین ذرات آخال آلومینایی .با سطح نسوز سوراخ نازل و سوراخ سلاید گیت گردد، میباشد.

در بعضی از کارخانه های فولاد سازی با این باور که کاربید کلسیم میتواند. از مسدود شدن مجرای ورود مذاب به قالب جلوگیری نماید، در حین تخلیه مذاب از کوره قوس الکتریکی. مقادیر کمی کاربید کلسیم می افزایند. در این پژوهش تأثیر افزودن این ماده و همچنین اضافه کردن اکسید کلسیم به صورت سرباره. بر اصلاح ترکیب شیمیایی آخال آلومینایی به منظور جدایش و نچسبیدن آخال آلومینایی. به دیواره مجرای ورودی مذاب مورد بررسی قرار گرفته است.

روند عملی

روش آماده سازی ذوبهای آزمایشی

در ابتدا قراضه های فی در کوره قوس الکتریکی ذوب شدند. پس از سرباره سازی و تنظیم ترکیب شیمیایی، مذاب از طریق مجرای خروجی پایین کوره به پاتیل منتقل گردید. در این حین خروج مذاب از کوره قوس در سری اول ذوبهای آزمایشی. به آن کلسیم به فرم CaC2 افزوده شد. سپس پاتیل به کوره پاتیل منتقل شده و به ترتیب عملیات اکسیژن زدایی،. سرباره سازی و آلیاژ سازی بر روی مذاب انجام گردید. در انتهای فرآیند مذاب دارای ترکیب شیمیایی. کربن 0/3، سیلیسیم 0/4، منگنز 1/3، کروم 0/17، آلومینیم 0/03 درصد وزنی و مابقی آهن میباشد. در انتها پس از تنظیم دمای نهایی مذاب ( 1580 درجه سانتیگراد) پاتیل به کارگاه ریخته گری منتقل گردید.

افزودن کلسیم به ف مذاب از طریق دو روش صورت میگرفت. در چهار ذوب ابتدایی (سری اول ذوب های آزمایشی) روش اول و برای چهار ذوب بعدی (سری دوم ذوبهای آزمایشی). از روش دوم افزودن کلسیم استفاده شد. در روش اول در مرحله اول کلسیم به فرم CaC2 در حین خروج مذاب از کوره قوس. و پس از ان در مرحله دوم کلسیم به صورت CaO در سرباره کوره – پاتیل به سطح مذاب افزوده شده. در روش دوم کاربید کلسیم به مذاب خروجی از کوره قوس اضافه نشد. و فقط اکسید کلسیم به سطح مذاب افزوده شد. در هر دو روش مذاب به مدت 90 دقیقه با اکسید کلسیم سرباره در تماس بوده و جذب کلسیم سرباره. در این مدت صورت گرفته است.

شایان ذکر است که در اغلب کارخانه های مدرن فولادسازی، سرباره سازی فرآیندی ضروری. و همیشه همراه با افزودن اکسید کلسیم (بعنوان یکی از اجزاء اصلی سرباره) صورت میگیرد. علاوه بر آن مواد افزوده شده برای سرباره سازی (سرباره سازها) در تمام ذوبهای آزمایشی وزن. و ترکیب شیمیایی یکسان داشته اند. میزان و روش افزودن کلسیم به ذوبهای آزمایشی را به تفکیک شماره ذوب مشخص است.

نتایج و بحث

تغییرات کلسیم مذاب

برای بررسی میزان کلسیم وارد شده به مذاب نمونه هایی از فولاد مذاب تهیه و مورد بررسی های کوانتومتری. به روش XRF قرار گرفتند. مقدار کلسیم نمونه ها به تفکیک هر ذوب آزمایشی برای نمونه های گرفته شده. از ابتدای کوره-پاتیل و انتهای ان آورده شده است. با توجه به نتایج میتوان تأیید کرد که میزان کلسیم در همه ذوبها افزایش یافته است. به بیان دقیق تر کلسیم توانسته است هم از طریق سرباره (اکسید کلسیم). و هم از طریق افزوده شدن در حین تخلیه مذاب از کوره قوس (کاربید کلسیم) به ف مذاب وارد گردد. این مطلب در مورد هر دو سری ذوب آزمایشی صادق است. تنها تفاومت سری اول ذوبهای آزمایشی و سری دوم ذوبهای آزمایشی. میزان کلسیم اولیه ف مذاب در ابتدای فرایند کوره – پاتیل است.

با توجه به اینکه نمونه ابتدای کوره – پاتیل درست قبل از افزودن سرباره سازها به سطح مذاب گرفته شده است،. میتوان نتیجه گرفت که وجود کلسیم در این نمونه ها در اثر افزودن CaC2. درست قبل از ورود پاتیل به قسمت کوره – پاتیل می باشد.

بطور کلی نتایج آنالیز عنصری نمونه های ابتدا و انتها کوره-پاتیل نشان داد که کلسیم سرباره در طول فرآیند تصفیه. به ف مذاب وارد میشود و میزان آن در انتهای فرآیند کوره – پاتیل افزایش می یابد.

آنالیز فازهای ثانویه (آخال)

به منظور بررسی دقیق تر کلسیم ورودی به ف مذاب نمونه های گرفته شده از ف مذاب. از ابتدا و انتهای فرآیند کوره-پاتیل مورد بررسی های کمی و کیفی با میکروسکوپ الکترونی روبشی قرار گرفتند. نتیجه بررسی زمینه فی نمونه ها نشان داد که میزان کلسیم محلول در زمینه فولاد جامد بسیار ناچیز می باشد. و این عنصر بصورت فازهای ثانویه کلسیم دار با اندازه بسیار کوچک در زمینه فی فولاد پخش شده است. این فازهای ثانویه کلسیم دار در اغلب موارد همراه با عناصر اکسیژن و یا گوگرد بودند که از این پس. در این مقاله به صورت آخال نافی کلسیم دار و یا فازهای ثانویه کلسیم دار نامیده میشوند. با بررسی بیشتر آخال ها در نمونه های فی مشخص گردید که ترکیب شیمیایی آخال. در ابتدا و انتهای فرآیند کوره – پاتیل متفاوت است.

از نظر ترکیب شیمیایی آخال کلسیم دار ابتدای کوره – پاتیل را میتوان به سه دسته الف: اکسید کلسیم. ب: اکسید آلومینیم-کلسیم (فازهای کلسیم آلومینایی) و ج – اکسید آلومینیم – کلسیم-سیلیسیم تقسیم کرد.

با گذشت زمان در کوره – پاتیل و تکمیل فرآیند تصفیه مذاب آخال کلسیم دچار تغییر ترکیب شیمیایی میشوند. بدین ترتیب که میتوان آخال نمونه های گرفته شده از انتهای فرایند کوره – پاتیل را تکامل یافته آخال. ابتدای فرایند تصفیه دانست و آنها را به چهار دسته اکسیدهای الف: آلومینیم-کلسیم، ب: آلومینیم-کلسیم-منیزیم،ج:آلومینیم-کلسیم-سیلیسیم و د: آلومینیم-کلسیم-سلیسیم-منیزیم تقسیم کرد.

سینتیک تشکیل فازهای کلسیم آلومینا

نگاشت عنصری یک آخال کلسیم آلومینایی را نشان میدهد. این آخال در نمونه گرفته شده از انتهای فرآیند کوره-پاتیل می باشد. و عناصر کلسیم، آلومینیوم و منیزیم در آن نشاد داده شده است. مشخص می باشد که این فاز ثانویه کلسیم دار از دو قسمت اصلی تشکیل شده است. قسمت اول سمت چپ شامل اکسید کلسیم آلومینا و قسمت دوم سمت راست-پایین که اکسید کلسیم می باشد. اگر از سمت راست-پایین آخال به سمت بالا چپ یک خط رسم نمایید آنگاه. این خط جهت واکنش اکسید کلسیم را با اکسید آلومینیم نشان میدهد. میتوان مکانیزم و پیشنهادی دوم را در به وجود آمدن این اخال مکانیزم غالب دانست.

بمنظور بررسی سینتیک فرآیند احیاء آلومینا، میانگین نسبت Ca/AI در فازهای ثانویه کلسیم در ابتدا. و انتهای فرآیند کوره-پاتیل محاسبه گردید. نتایج این محاسبه نشان داد که این نسبت با گذشت زمان. در طی فرآیند تصفیه مذاب در کوره – پاتیل افزایش می یابد. به بیان دقیق تر از دیدگاه سینتیکی فرآیند احیاء آلومینا بصورت تدریجی انجام پذیرفته است. میانگین نسبت Ca/AI را در آخال نمونه های ابتدای کوره-پاتیل در مقایسه با انتهای آن نشان میدهد.

نسبت Ca/AI آخال در انتهای کوره پاتیل بین 0/6 تا 1 میباشد. بالا بودن این نسبت به معنای غنای آخال از کلسیم و موفق بودن. تبدیل آخال آلومینایی به کلسیم آلومینایی می باشد. با توجه به واکنش هرچه مقدار X کمتر باشد. (بالا بودن نسبت Ca/AI در آخال) احیاء آخال آلومینایی بیشتر صورت گرفته. و آخال جامد به آخال مذاب کلسیم آلومینا (با نسبت بالای Ca/AI) تبدیل می گردد.

جداسازی آخال آلومینایی از مجرای ورود مذاب به قالب

بکی از عوامل اصل تأثیر گذار بر مسدود شدن نازل های ریخته گری پیوسته چسبیدن آخال آلومینایی فولاد مذاب. به دیواره مجرای ورود مذاب به قالب ریخته گری پیوسته فولاد می باشد. یکی از روش های پیشنهادی بر طرف کردن این مشکل اصلاح ترکیب شیمیایی آخال الومینایی جامد. به آخال کلسیم آلومینایی مذاب می باشد. با اضافه شدن کلسیم به آلومینا، فازهای کلسیم آلومینایی با دمای ذوب پایینتر از آلومینای جامد تشکیل می گردند. دمای ذوب فازهای کلسیم آلومینا مستخرج از دو مرجع، مشخص است.

شرکت خشکه و فولاد پایتخت با مدیریت جواد دلاکان

فولاد ابزار 2713-تسمه 2713-میلگرد 2713-مقطع 2713- فولاد گرمکار

آخال آلومینایی-بررسی تأثیر افزودن کاربید و اکسید کلسیم به فلزات مذاب بر جدایش آخال