بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تحلیل حرارتی و سازهاي مکانیزم دریچه کشویی پاتیلهاي مذاب انجام شده است. مورد مطالعه شده در این پژوهش مربوط به پاتیلهاي مذاب مجتمع فولاد مبارکه است. هدف از این پژوهش بررسی و شناسایی نقاط بحرانی قطعات از نظر میزان تنشهاي وارد شده در اثر عبور جریان مذاب است. بر همین اساس نخست یک تحلیل حرارتی در حالت گذرا با استفاده از نرم افزار انسیس و با درنظر گرفتن شرایط مرزي و اولیه منطبق بر واقعیت انجام شد تا توزیع دما بر روي مجموعه درط ی فرآیند مذاب ریزي به دست آید. سپس یک تحلیل سازهاي در نرم افزار با استفاده از نتایج حل حرارتی جامان شد تا تنشهاي ایجاد شده به دست آید و نقاط بحرانی شناسایی شود. نتایج حاصل از تحلیل حرارتی انطباق خوبی با دماهاي به دست آمده از اندازهگیري ها داشت. همچنین نتایج تحلیل تنش با نتایج نمونههاي قطعات آسیب دیده همخوانی داشت.
مقدمه
دریچه کشویی مکانیزمی است که ریختهگري فولاد مذاب از پاتیل توسط آن انجام میگیرد اجزاي مهم دریچه کشویی عبارت از قطعات هوزینگ و اسلایدر است که هوزینگ به کف پاتیل متصل است و اسلایدر با حرکت کشویی بر روي هوزینگ مجراي عبور مذاب را باز و بسته میکند. در بین این دو قطعه از دو صفحه نسوز استفاده شده است که بخش عمده آلیاژ آن را اکسید آلومینیوم تشکیل میدهد. فولاد مذاب به طور مستقیم از سوراخهاي واقع بر این صفحههاي نسوز عبور میکند. در شکل 1 قطعات اصلی دریچه کشویی نشان داده شده است.
عبور جریان مذاب از دریچه کشویی موجب بالا رفتن دما و به وجود آمدن توزیع حرارت در قطعات و اجزاي تشکیل دهنده آن میشود. این توزیع حرارت میتواند تنشهایی را در بخشهاي مختلف ایجاد کند. یکی از مشکلاتی که در فولادسازي در رابطه با اجزاي دریچه کشویی وجود دارد وجود ترك در اسلایدر و هوزینگ و صفحههاي نسوز پس از چند بار مذاب ریزي است. در شکل 2 چند نمونه از این تركها نشان داده شده است. همان گونه که از نمونههاي نشان داده شده در شکل مشخص است تركها بیشتر در بخشهاي مرکزي قطعه و نزدیک سوراخ نزدیک خروجی مذاب اتفاق افتاده است.
در موضوع پاتیلهاي مذاب و به طور مشخص دریچه کشویی تحلیلهاي مختلفی توسط پژوهشگران انجام شده است .[1-3] لی و همکاران به تحلیل ایجاد ترك با استفاده از آنالیز اجزاي محدود سه بعدي حرارتی و سیالاتی صفحههاي نسوز در طول فرآیند پیش گرم و ریختهگري پرداختهاند .[4] در همین زمینه بوردل و همکاران به تحلیل شوك حرارتی ایجاد شده در صفحههاي نسوز و آسیبهاي به جا مانده از آن در قطعه پرداختند [5]
همچنین پژوهشهایی در زمینه تحلیل سایش بین قطعات مختلف دریچه کشویی به روش اجزاي محدود انجام گرفته است که در آنها تاثیر بر هم کنش مواد تشکیل دهنده صفحههاي نسوز بر سایر آلیازهاي در تماس با یکدیگر بررسی شده است 6] و .[7 در همین ارتباط پژوهشگرانی با استفاده از تحلیل استحکام و شکست اجزاي دریچه کشویی از جمله صفحههاي نسوز به بهینه سازي ترکیبات این قطعات پرداخته اند.
در این مقاله به تحلیل حرارتی- سازهاي هوزینگ و اسلایدر و هچنین صفحهها ي نسوز که اجزاي اصلی تشکیل دهنده دریچه کشویی هستند به روش اجزاي محدود پرداخته شده است. بر این اس اس نخست با در نظر گرفتن شرایط مرزي مناسب تحلیل حرارتی در حالت گذرا انجام شده و سپس بر اساس نتایج به دست آمده از توزیع حرارت، تحلیل سازهاي بر روي مجموعه انجام شده و نقاط بحرانی شناسایی شده است. تحلیلهاي این مقاله با استفاده از نرم افزار انسیس انجام شده است.
تحلیل نرم افزاري
در مرحله نخست یک تحلیل حرارتی با استفاده از نرم افزار انسیس بر روي مجموعه دریچه کشویی انجام شد. مدل در نظر گرفته شده همان هندسه نشان داده شده در شکل 1 است. شرایط مرزي اعمال شده بر مساله شرط دما ثابت به اندازه 1600oC براي سطوح داخلی سوراخهاي صفحههاي نسوز در نظر گرفته شد که در تماس مستقیم با مذاب قرار دارند.در نهایت حل گذراي مساله تا مدت زمان 35 دقیقه که زمان معمول مذاب ریزي است انجام شد. در شکل 3 کانتور توزیع دما نشان داده شده است.
به منظور اطمینان از صحت تحلیل حرارتی با استفاده از یک کار آزمایشگاهی دماي نقاطی از دریچه کشویی به هنگام مذاب ریزي و پیش از آن اندازهگیري شد تا مبناي مقایسهاي براي تحلیلهاي نرمافزاري قرار گیرد. به این منظور چند نمونه از پاتیلهاي مذاب در نظر گرفته شد و با استفاده از پیرومتر در مراحل مختلف حمل پاتیل از بارگیري مذاب تا مذاب ریزي دماي نقاط قابل حس توسط ابزار اندازهگیري و ثبت شد. در جدول 1 نتایج حل نرم افزاري و کار آزمایشگاهی جهت مقایسه آورده شده است.
