بخشی از مقاله
چکیده
گریت بار یک قطعه کلیدی در کوره های گندله سازی - زنجیر نقاله - بوده و در شرایط کاری ناشی از اثر همزمان بارگذاری مکانیکی و حرارتی قرار دارد. لذا در این تحقیق با رویکردهای مکانیکی و متالورژیکی به مطالعه تئوری و تجربی آن پرداخته می شود. ابتدا به صورت میدانی، به وسیله دستگاه اندازه گیری دینامیکی دما - - DTMS دمای نواحی مختلف کوره و در نتیجه دمای حداکثر روی سطح گریت بار تعیین گردید .
در ادامه، با انجام آزمایش های استانداردی از جمله آنالیز عنصری، انبساط حرارتی، خواص مکانیکی و سختی، اطلاعات لازم در دماهای مختلف استخراج گردید. به علاوه، یک دستگاه جهت انجام برخی آزمایشات از جمله ثبت شکل و تغییر اندازه گریت بار در شرایط دمای مختلف طراحی و ساخته شد. در بحث تحلیل تئوری، جهت تعیین تاثیر پارامترهای مختلف بر روی تنش های حرارتی و همچنین تغییر شکل ها، مدل سازی و شبیه سازی های لازم به روش المان محدود انجام گردید. جهت اعتبار سنجی روش حل عددی، علاوه بر آنالیز حساسیت به مش، نتایج به دست آمده از تحلیل تئوری با نتایج اندازه گیری شده عملی مورد مقایسه و تایید قرار گرفتند. در نهایت، کمیات اندازه گیری شده و همچنین نتایج عددی به دست آمده مورد تفسیر قرار گرفته و در مورد آنها بحث شده است.
مقدمه
در مجتمع معدنی و صنعتی گل گهر، کنسانتره سنگ آهن که در کارخانه فرآوری تغلیظ شده است، از طریق نوار نقاله وارد مخازن ذخیره اولیه واحد گندله سازی می شود و پس از خشک کردن رطوبت اولیه، توسط آسیاب های خشک خرد شده و از قطر حدود 3mm به قطر کمتر از 1mm می رسد. در ادامه، خمیر مورد نیاز جهت تولید گندله به وسیله میکسر آماده شده و فرآیند تشکیل گندله خام توسط 9 دیسک دوار به قطر 7.5m انجام شده و جهت پخت وارد کوره می گردد.
با توجه به استحکام کم گندله خام، امکان انتقال آن به کارخانجات فولاد وجود ندارد لذا فرآیند پخت یکی از مراحل مهم در تولید گندله محسوب می شود که در کوره افقی زنجیره متحرک انجام می شود. این کوره به شکل یک محفظه افقی بلند با طول مفید 156 m و عرض 4m است که یک زنجیر متحرک در کف آن عمل انتقال خطی گندله خام را انجام می دهد .
گندله خام توسط این زنجیر در طول این کوره افقی بلند حرکت داده می شود و طی آن در معرض شرایط دمایی مختلف کنترل شده قرار می گیرد و در انتها محصول گندله پخت شده خارج می گردد. این گندله بعد از تفکیک به سایزهای مختلف جهت تولید فولاد به کارخانه های مربوطه حمل می گردد. واقعیت این است که یکی از مشکلات قسمت پخت گندله، شرایط مشکل اجزای درون کوره متحرک است که باعث تحمیل هزینه های سنگین به خط تولید می گردد.
در حقیقت، شرایط کاری سخت در دمای بالای هزار درجه سانتی گراد و همچنین وجود نیروهای ناشی از وزن که دارای ماهیت نوسانی هستند باعث شده که اجزای کوره نیاز به مراقبت ویژه داشته باشند و از این روی هزینه جاری قابل توجهی را به همراه داشته باشد. به این ترتیب سرمایه گذاری علمی و تحقیقاتی در این حوزه، چه از لحاظ دانشگاهی و چه از لحاظ صنعتیکاملاً توجیه پذیر و هدفمند می باشد. با این توضیحات، در راستای انجام یک پژوهش تقاضا محور صنعتی، به مطالعه رفتار ترمومکانیکی گریت بار به عنوان یکی از اجزای اصلی تشکیل دهنده زنجیره متحرک کف کوره گندله سازی پرداخته می شود. لذا در ابتدا توضیحات بیشتری در مورد این عضو ارائه می گردد هر چند به منظور کاهش حجم نگارش از بیان جزئیات صرفنظر می شود.
همانگونه که در شکل 1 نشان داده شده است، گریت بار به عنوان کوچک ترین سلول ساختمانی به صورت یک پل کوچک در دهانه تیرهای بزرگ مرکزی قرار گرفته و در کنار هم یک پالت را تشکیل می دهند. در واقع هر پالت نقش یکی از حلقه های مجموعه زنجیر نقاله متحرک را ایفا می نماید. با توجه به طول کوره، زنجیر نقاله دارای232 حلقه یا همان پالت می باشد.
همانگونه که مشاهده می شود در هر ردیف 93 عدد گریت بار نوع عمومی، 4 عدد نوع یک و 4 عدد نوع دو قرار گرفته و بدین ترتیب در هر پالت 404 و در کل پالت ها 93728 گریت بار وجود دارد. با توجه به اینکه دمای کارکرد کوره تا حدود 1300oC می رسد اجزای تشکیل دهنده زنجیر نقاله تحت شرایط حرارتی سخت قرار دارند. در کنار شرایط حرارتی ذکر شده، لایه ای از گندله به ضخامت 40cm شامل 10cm گندله پخته به عنوان لایه محافظ و 30cm گندله خام بر روی این زنجیر قرار داشته که نیروی عرضی به تیرها وارد می کند.
بدین ترتیب می توان دریافت که اجزای این زنجیر نقاله تحت شرایط تنش های مکانیک و حرارتی قابل توجهی قرار داشته که البته به صورت نوسانی تقرباًی با پریود 90 دقیقه تکرار می گردد و می تواند آثار خستگی به دنبال داشته باشد. علاوه براین، جریان هوای گرم که به صورت قائم از روی سطوح قسمت های مختلف از جمله گریت بار جریان دارد باعث ایجاد یک فرسایش - erosion - سطحی می گردد و به مرور باعث کنده شدن ذرات از سطح،کاهش ابعاد و اصطلاحاً لاغر شدن می گردد.
