بخشی از مقاله
چکیده
فروسیلیسیم توسط مجموعه اي از واکنشهاي کربوترمیک در کوره قوس الکتریکی تولید میشود. محصول تولید شده فروسیلیسیم 75 درصد Fe75Si است که شامل عناصر ناخالصی است. مهمترین آنها آلومینیوم و کلسیم هستند. حضور آلومینیوم در فولادهاي الکتریکی موجب افزایش مقاومت الکتریکی، و در فولاد کروم- مولیبدن موجب کاهش سختیپذیري خواهد شد.
از اینرو استفاده از فروسیلیسیم حالت مذاب است. از نظر سینتیکی، واکنشها باید در جهت حذف آلومینیوم و کلسیم، احیاي سیلیس خلوص بالا سبب رفع این مشکلات در فولادها خواهد شد. اساس فرآیند تصفیه فروسیلیسیم، بر مبناي واکنشهاي اکسیداسیون آلومینیوم و کلسیم و احیاي سیلیس در سیستم سهتایی CaO- در انتخاب دما و زمان عملیات تصفیه براي انجام2 3واکنشها اهمیت زیادي دارد.
بنابراین براي حفظ تعادل پیشروي کنند. در اثر پیشروي واکنشها، وارد فاز سرباره شده و از مذاب جداسازي میشود. نشان داد که فرآیند 2تصفیه مذاب، موجب حذف آلومینیوم و کلسیم به ترتیب به میزان %87 و %90 دمایی مذاب در طول زمان تصفیه، اکسیژن با دبی مشخص به مذاب تزریق میشود. همچنین براي وارد نمودن CaO و به مذاب فروسیلیسیم، به ترتیب از آهک و سنگ کوارتز استفاده میشود. نتایج میشود.
مقدمه
با توجه به نیاز صنعت فولادسازي کشور به استفاده از مواد اولیه و آمیژانهایی با کمترین درصد ناخالصی، پروژه خالص سازي مذاب فروسیلیسیم در شرکت صنایع فروآلیاژ ایران انجام گرفت. از آنجایی که تولید این محصول براي کشورهاي پیشرو مانند نروژ ارزش افزوده زیادي ایجاد میکند، لذا در مورد چگونگی فرآیند تصفیه اطلاعات چندانی در دسترس نمیباشد و در منابع موجود تنها به کلی گویی بسنده کردهاند. بنابراین عمده نتایج حاصل از این طرح از طریق دانش فنی داخلی و معادلات ترمودینامیکی به دست آمده است. در این بخش تاثیر آلومینیوم روي خواص الکتریکی و مکانیکی فولادهاي مختلف بیان میشود.
به طور کلی در هنگام ریختهگري فولاد، آلومینیوم با اکسیژن واکنش داده و تولید آخالهاي اکسید آلومینیوم 2 3 میکند. این آخالها در نازلهاي خروجی تاندیش مذاب رسوب کرده و موجب مسدود شدن آنها میشوند. در سال 2013 آقاي رودریگو فلیکس و همکاران، تلفات مغناطیسی فولادهاي الکتریکی را با اضافه کردن مقادیر مختلف سیلیسیم و آلومینیوم مورد بررسی قرار دادند. آنها نتیجه گرفتند که افزایش مقدار آلومینیوم در فولاد الکتریکی مورد استفاده در الکتروموتورها، موجب افزایش مقاومت الکتریکی میشود. در صورتی که افزایش درصد سیلیسیم در فولاد الکتریکی سبب کاهش تلفات مغناطیسی خواهد شد.
بنابراین هر چه مقدار آلومینیوم موجود در فروسیلیسیم کمتر باشد، تلفات مغناطیسی کاهش مییابد.[1] در سال 2016 آقاي کلینر مارکوس و همکاران نشان دادند که افزایش آلومینیوم تا 0/3 درصد باعث کاهش تلفات مغناطیسی میشود. در حالی که مقادیر آلومینیوم بالاي 0/3 درصد در فولاد الکتریکی، سبب افزایش مقاومت الکتریکی فولاد شده و تراوایی مغناطیسی را کاهش میدهد.[2] در سال 2014 آقاي زین ژانگ و همکاران، تاثیر آلومینیوم بر خواص مکانیکی و خوردگی حفرهاي فولاد زنگ نزن فریتی 429 را بررسی کردند. نتایج نشان داد که افزایش مقدار آلومینیوم سبب ایجاد آخال 2 3 شده و این امر سبب کاهش مقاومت خوردگی حفرهاي فولاد خواهد شد.
وجود مقادیر آلومینیوم حتی کمتر از 0/01 درصد، در فولادهاي کروم – مولیبدن باعث افت شدید سختی پذیري فولاد میشود.[4] در سال 2011 آقاي جین اثر افزایش مقدار آلومینیوم روي خواص مکانیکی فولاد پر منگنز 1TWIP steel را بررسی کرد. نتایج نشان داد که با افزایش آلومینیوم تا 2 درصد وزنی، نرخ کرنش سختی کاهش پیدا میکند
علاوه بر مواردي که در مورد حذف آلومینیوم در فولاد بیان شد، انجام عملیات تصفیه فروسیلیسیم موجب حذف ناخالصیهایی مانند کلسیم، فسفر، گوگرد و کربن نیز میشود. که این عناصر نیز تاثیرات مخربی روي خواص مکانیکی و مقاومت خوردگی فولادهاي مختلف دارند. بنابراین، استفاده از فروسیلیسیم تصفیه شده میتواند تا حد زیادي موجب بالا رفتن کیفیت فولاد شود.
مواد و روش تحقیق
براي انجام عملیات تصفیه مذاب لازم است که اکسیژن و هواي فشرده از کف پاتیل وارد مذاب شود. به این منظور یک پورس پلاگ1 استوانهاي با طول 30 وقطر 18ﺳﺎﻧﺘﯿﻤﺘﺮ طراحی و ساخته و در کف پاتیل نصب شد. لوله ورودي پورس پلاگ به مخازن اکسیژن و هواي فشرده وصل شدند. سپس در حالی که شیر ورودي اکسیژن باز است، مذاب خر وجی از کوره توسط یک پاتیل در داخل پاتیل تصفیه ریختهگري میشود. ورود اکسیژن به مذاب تاثیر زیادي روي تعادل حرارتی و سینتیک واکنشهاي تصفیه دارد. علاوه بر آن موجب اکسایش عناصر ناخواسته مانند فسفر و کلسیم می شود.
پس از تخلیه کامل مذاب در پاتیل تصفیه، دماي مذاب توسط ترموکوپل اندازهگیري شده و بعد از اطمینان از رسیدن به2دماي1550 درجه سانتیگراد، براي ایجاد سیستم سه تایی CaO- - 2 3 2 ، آهک و کوارتز - - به مقادیر مشخص به مذاب افزوده شده، که افزودن این مواد موجب تشکیل سرباره روي سطح مذاب میشود. زمان انجام عملیات تصفیه 30 دقیقه است. انتخاب این زمان بر اساس زمان لازم براي تکمیل واکنشها صورت گرفته است. به عبارت دیگر در مدت زمان 30 دقیقه واکنشهاي گرمازاي اکسایش آلومینیوم و کلسیم در مذاب رخ میدهند، و پس از آن دماي مذاب حتی با ورود اکسیژن نیز کاهش مییابد و به 1450 درجه سانتیگراد میرسد.
در شکل 1 نمودار تغییرات دما بر حسب زمان تصفیه نشان داده شده است.[6] انجام عملیات تصفیه موجب تولید سرباره میشود. این سرباره ترکیبات اکسیدي هستند که در فصل مشترك مذاب – جامد طبق واکنشهاي زیر تشکیل میشوند. مطابق با واکنش 1، اکسیژن موجب اکسایش آلومینیوم و سیلیسیم می شود. براي جلوگیري از تلفات جرمی سیلیسیم مذاب و ورود آن به سرباره، سنگ کوارتز با دانه بندي 1-5 میلیمترکه حاوي 2 % 99/5 است، به مذاب اضافه میشود.
براي ایجاد تلاطم و همگن سازي مذاب و توزیع یکنواخت عناصر، از هواي فشرده استفاده می شود. به این ترتیب آلومینیوم به صورت وارد فاز سرباره شده و از مذاب جدا میگردد. سپس مذاب تصفیه شده در پاتیل دیگري تخلیه شده و به ماشین ریختهگري منتقل میشود.
